[发明专利]一种含噻蒽端基的有机共轭小分子材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含噻蒽端基的有机共轭小分子材料及其制备方法。该有机共轭小分子材料端基含噻蒽基团，具有较大的共轭面积和硫原子取代基团，有利于分子间的自组装和堆积，进而改善该类小分子材料的光伏性能。其热稳定性好并具有良好的吸光性和合适的能级，而且可溶于氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃和氯苯等有机溶剂中；适用于溶液加工制备有机太阳电池器件。该类型材料作为电子受体材料，可以应用于有机太阳电池器件中，并能获得不错的器件效果。

技术领域

本发明涉及一种含噻蒽端基的有机共轭小分子材料及其制备方法，该材料非常适用于应用在有机太阳电池中。

背景技术

有机太阳电池由于具有轻质、成本低、半透明、可溶液加工、可通过卷对卷大面积制备柔性器件等优点，受到全球广泛关注,是新能源领域研究的热点之一。富勒烯及其衍生物因具有多维电荷传输特性，以及易与给体材料形成独特的相分离结构等特点，在有机太阳能电池器件中发挥了至关重要的作用。但由于富勒烯材料吸光波长较窄、能级不易调控、溶解性差、成本高等，严重限制了富勒烯作为有机太阳能电池电子受体材料器件性能的提升和规模化使用。非富勒烯类受体材料具有能级可调、合成简便、加工成本低、溶解性能优异、光谱吸收广泛等优点，因而受到越来越多的重视。尤其对于有机小分子受体材料,具有确定的分子结构及分子量,高纯度及没有批次差异等优点而受到越来越深入的研究，器件的效率也有了巨大的提高。近几年来，以有机共轭聚合物为电子给体，非富勒烯小分子材料为电子受体的本体异质结有机太阳电池得到快速的发展，经过实验室研究人员的共同努力，单层BHJ和叠层BHJ有机太阳电池均取得了超过14％的能量转化效率(Adv.Mater.2018,1707508.DOI:10.1002/adma.201707508；Adv.Mater.2018,1800868.DOI:10.1002/adma.201800868；J.Am.Chem.Soc.2018，DOI:10.1021/jacs.8b02695)，显示着巨大的应用前景。

发展高性能的非富勒烯受体材料不仅非常有必要,而且也是很可行的。通过化学方法能够有效地改善有机化合物的能级和吸收，更好的与给体材料的吸收及能级相匹配，进而不断地刷新有机太阳能电池的效率，因此，有必要合成更多类型的共轭小分子受体材料，以便进一步提高器件效率。拓展分子的共轭面积，引入硫原子基团，可以有效地提高分子的自组装和分子堆积，增强薄膜对光子的吸收以及改善器件的形貌，有利于提高器件的短路电流及填充因子，进而提高器件效率。为了进一步提升有机太阳电池器件，设计开发新型高效的小分子受体材料，对有机太阳电池领域的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含噻蒽端基的有机共轭小分子材料。这类有机共轭小分子材料的端基具有更大的共轭面积和聚集特性，有利于分子间的自组装和堆积，进而改善该类小分子材料的光伏性能。

本发明的目的在于提供了一种含噻蒽端基的有机共轭小分子材料及其制备方法。所述有机共轭小分子材料通过以下技术方案实现。一种含噻蒽端基的有机共轭小分子材料，具有如下结构式：

其中，Core为稠环共轭单元；π为桥联单元；n为0～8；R₁～R₄或者独立地为氢，或者是具有1-30个碳原子的烷基，或者是所述具有1-30个碳原子的烷基中的一个或多个碳原子被卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代所形成的基团。

进一步地，所述稠环共轭单元Core为如下化学结构式中的一种：

其中，h为0～3；i为1～3；Z＝C、Si、N；X＝O、S、Se或Ge；R₅～R₈或者独立地为氢，或者是具有1-30个碳原子的烷基，或者是所述具有1-30个碳原子的烷基中的一个或多个碳原子被卤素原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代敖形成的基团。