[发明专利]以还原橙1为中心核的A-D-A型有机小分子光伏材料

说明书

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一种以还原橙1为中心核的A‑D‑A型结构有机小分子光伏材料，以染料还原橙1衍生物为给体单元(D)，吡咯并吡咯二酮衍生物为受体单元(A)，并以烷基链进行修饰，通过烷基化反应和Suzuki偶联反应，获得一种以烷基侧链修饰的还原橙1为中心核的A‑D‑A型结构有机小分子光伏材料，其以富勒烯PCsubgt;71/subgt;BM为受体的单层器件本体异质结太阳能电池的最大能量转化效率和短路电流分别高达1.0％和4.31mA cmsupgt;‑2/supgt;。本发明所涉及的发明材料具有良好的溶解性和稳定性，以及一定的光电转化能力，有望用于有机太阳能电池的给体材料。

技术领域

本发明涉及有机小分子光伏领域，特别涉及了一种以烷基侧链修饰的还原橙1为中心核的A-D-A型结构有机小分子光伏材料的合成及应用。

技术背景

近年来受到越来越多的关注的有机太阳能电池(OSCs)由于具有成本低、重量轻、机械柔性好等优点，是下一代清洁和可再生能源的重要发展方向，有着广阔的应用前景。随着这一领域的快速发展，基于富勒烯PCBM为受体的聚合物太阳能电池(PSCs)单层器件的光电转换效率(PCE)已达到11.7％^[1]，其基于非富勒烯受体的单层器件的效率超过了16％^[2]。然而，由于聚合物存在重现性差、纯化复杂、活性材料的结构与性能关系不明确等缺点。与聚合物相比，小分子给体材料具有易于纯化、结构确定等特点，可以保证器件性能的重现性等优点^[3,4]，目前基于溶液加工的小分子太阳能电池(SMSCs)的单层器件光电转换效率(PCE)达到了11.5％^[5]。

科学研究者合成了大量具有A-D-A骨架的小分子太阳能电池材料，并系统研究了它们的光电性能。如含有不同端基和末端基团的引达省二噻吩(IDT)^[6]、二噻吩硅芴(DTS)^[7]、苯并二噻吩(BDT)^[8]和卟啉^[9]等不同核的小分子太阳能电池(SMSCs)。这种设计策略可有效地解决小分子给体材料成膜质量差的科学问题，同时，有机小分子由于其主链结构的高效共轭以及端基受体单元与中心给体核之间的分子内存在电荷转移(ICT)，而表现出较高的载流子迁移率和摩尔吸光系数。

多环芳香族化合物在光电领域的应用越来越受到人们的青睐。主要是因为多环大π稠环核具有更大的π电子离域范围，刚性结构的大π稠环核的重组能较低，有利于获得较高的载流子迁移率^[9-10]。之前就有相关同分异构体大稠环光电材料的报道^[11-14]。基于上述考虑，为了获得平面性好且具有较高载流子迁移率的给体材料，于是我们以多环大π稠环核还原橙1为起始原料制作中心给体核，以吡咯并吡咯二酮为受体单元，嫁接噻吩桥联，设计并合成了一种A-D-A型线型小分子给体材料，系统研究了它们的分子结构对材料热稳定性以及光伏性能的影响。

附：主要参考文献

[1]Zhao J,Li Y,Yang G,et al.Nature Energy,2016,1(2):15027.

[2]Fan B,Zhang D,Li M,et al.Science China Chemistry,2019:1-7.

[3]Welch G C,Perez LA,Hoven C V,et al.Journal of Materials Chemistry,2011,21(34):12700-12709.

[4]D.Demeter,T.Rousseau,P.Leriche,T.Cauchy,R.Po and J.Roncali,Adv.Funct.Mater.21(2011)4379-4387.

[5]Wan J,Xu X,Zhang G,et al.EnergyEnvironmental Science,2017,10(8):1739-1745.