[发明专利]具有光热稳定性的电子受体材料及其构筑的有机太阳电池

说明书

本发明公开了一种具有光热稳定性的电子受体材料及其构筑的有机太阳电池。该电子受体材料以给电子单元D为核，两端通过单键偶联吸电子单元A，形成A‑D‑A结构。该有机太阳电池包括衬底、阴极、电子传输层、活性层、阳极修饰层和阳极，其中活性层为聚合物给体和A‑D‑A结构电子受体材料的共混膜。本发明所制备的有机太阳电池光谱响应范围为350‑900nm，开路电压(V_oc)为0.73‑0.89V，短路电流(J_sc)为7.20‑15.63mA cm^‑2，能量转换效率(PCE)为2.75‑7.93％。

技术领域

本发明属于能源材料领域，尤其涉及一种具有优异光热稳定性电子受体的制备及其应用。

背景技术

近年来，随着非富勒烯受体(NFAs)的发展，有机太阳能电池(OSCs)的光电转换效率(PCE)已经超过17％。目前应用最广泛的方法是末端吸电子单元上的活泼亚甲基和给电子单元中的醛基通过诺文葛尔Knoevenagel缩合反应(KCR)构筑高效的A-D-A(给电子单元-吸电子单元-给电子单元)型非富勒烯受体，然而这种策略不可避免的在分子内引入一个环外双键，在氧和水的作用下，容易发生环加成等副反应，此外，在酸性或碱性条件下，KCR为可逆反应，这些因素影响了NFAs的本征化学和光稳定性，加速受体的降解。为了从源头解决OSCs稳定性问题，必须提出新的策略解决由KCRs带来的不稳定的环外双键，同时保持A-D-A策略在调整NFAs的光电性能的优势。

发明内容

本发明的目的在于提高有机太阳电池的稳定性，并提供一种具有光热稳定性的电子受体材料。该材料制备简便，在优化受体结构和反应路线的同时，相应的太阳电池仍能保持一定的光电转化效率。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种具有光热稳定性的电子受体材料，所述电子受体材料以给电子单元D为核，两端通过单键偶联吸电子单元A，形成A-D-A结构；

所述A为如下化学结构式中的一种，作为受体基团：

所述D为如下化学结构式中的一种，作为给体基团：

式中，R₁及R₂为修饰基团，X为卤素原子。

优选的，所述的修饰基团R₁为H、C₁-C₁₇的直链烷基、C₃-C₁₇的支链烷基或C₆-C₁₂的苯基；进一步优选，修饰增溶基团R₁为如下化学结构式中的一种：

优选的，所述的修饰基团R₂为C₁-C₁₇的直链烷基、C₁-C₁₇的直链烷氧基、C₃-C₁₇的支链烷基、C₃-C₁₇的支链烷氧基、C₃-C₆的环烷基、C₃-C₆的环烷氧基或C₆-C₁₂的苯基；进一步优选，修饰增溶基团R₂为如下化学结构式中的一种：

优选的，所述电子受体材料的化学结构式为Q1-0F、Q1-2F、Q1-4F中的一种，化学结构式分别为：

式中：

第二方面，本发明提供了一种有机太阳能电池的活性层，该活性层为电子供体材料和第一方面中任一方案所述电子受体材料的共混膜。