[发明专利]一种有机太阳能电池用小分子给体化合物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种有机太阳能电池用小分子给体化合物及其制备方法和应用，属于化合物制备技术领域。本发明的小分子电子给体材料具有优良的稳定性及可溶液加工性，可以与有机小分子受体材料形成优异的相分离行为，在全小分子太阳能电池中实现了约13％的光电转换效率，可适用于有机太阳能电池的旋涂及印刷加工工艺，当然，不限于有机太阳能电池，也适用于其他光伏器件。

技术领域

本发明属于化合物制备技术领域，涉及一种有机太阳能电池用小分子给体化合物及其制备方法和应用。

背景技术

能源是现代科技社会发展的基石，在过去几十年的增速发展中，人类社会对传统不可再生能源的持续开发与利用带来了气候变化、环境污染、化石燃料枯竭等问题。为此，人类对太阳能、风能、潮汐能、核能等可再生能源的需求日益增大，将可再生能源转换为电能之后再应用，可逐步实现对传统不可再生能源的替代。

有机太阳能电池以低成本、轻便、柔软可穿戴及大面积印刷制备等优点而备受关注。其中，小分子材料具有纯度高、分子结构和分子量明确、材料批次差异小、迁移率高、能量无序度低等优点；因此，全小分子有机太阳能电池有望获得更高的光伏效率。然而，有机太阳能电池结构中活性层的吸收光谱范围、给体和受体之间的能级匹配以及给体和受体的各向异性等问题都面临巨大挑战，从而使得全小分子有机太阳能电池很难实现高效率目标。

氟原子具有较强的吸电子能力，通过精确调控氟原子在小分子给体材料的取代位置及取代数目，可实现材料吸收光谱的拓宽和分子能级的微调，达到提升器件短路电流和开路电压的目的；更重要的是，氟化后的小分子给体材料在与非富勒烯小分子受体材料结合时，其共混形貌亦可由氟原子取代位置及取代数目精确调控，这主要是由引入的氟原子对分子堆积、结晶性及构象稳定等特性的影响所导致。

因此，开发一种简便的分子设计策略来有效地调节光活性材料的吸光范围、能级水平和结晶特性，从而实现对短路电流、开路电压以及共混形貌的协同调制变得至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种有机太阳能电池用小分子给体化合物；本发明的目的之二在于提供一种有机太阳能电池用小分子给体化合物的制备方法；本发明的目的之三在于提供一种有机太阳能电池用小分子给体化合物在在光伏器件中应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种有机太阳能电池用小分子给体化合物，所述给体化合物的化学结构如结构式I所示：

其中X₁、X₂、X₃和X₄为H-、F-或Cl-中的任意一种，并且X₁、X₂、X₃或X₄中至少一个为F-或Cl-；

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇或R₈为H-、碳原子数为2～20的直链型烷基、碳原子数为2～20的支链型烷基、碳原子数为2～20的直链型烷氧基或碳原子数为2～20的支链型烷氧基中的任意一种或几种。

优选的，所述给体化合物包括结构式I-1～I-14的化合物：

进一步优选的，所述给体化合物包括以下的化合物：