[发明专利]一种星型非富勒烯太阳能电池受体的制备及其应用

说明书

本发明涉及一种星型非富勒烯太阳能电池受体的制备及其应用，采用BODIPY衍生物与2，7，12‑三甲酰基三聚茚在对甲苯磺酸和哌啶催化作用下发生Knoevenagel缩合反应合成得到。在三聚茚上引入含有二甲胺基苯乙烯基或二苯胺基苯乙烯基的BODIPY衍生物，不仅可以增强分子内电荷转移，调节能隙，进一步扩宽光谱响应范围，使其移动到近红外区，还可以增加其光捕获效率，有利于提高器件性能。本发明的合成方法不仅反应步骤简单、反应条件温和、合成成本低；将其作为活性层电子受体材料用于有机太阳能电池中获得了很好的效果，光电转化效率最高可达到13.41％，在有机太阳能电池领域中具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于有机化合物合成、有机太阳能领域和精细化工技术领域，具体涉及一种星型非富勒烯太阳能电池受体的制备及其应用。

背景技术

为了解决环境问题和石油资源枯竭导致的日益严重的能源危机，太阳能电池作为可再生和环境友好的清洁能源技术，已经引起了广泛关注。基于异质结(BHJ)活性层(有机半导体供体和受体材料的混合物)的有机太阳能电池由于其许多潜在的优势而引起了许多研究者的兴趣，例如与传统的硅基太阳能电池相比具有制造低成本、活性层材料品种多、重量轻、在柔性基板上能大面积制造和能级易调节等优点。其中，含有电子供体和电子受体的活性层材料是有机太阳能电池的关键部件。在过去的几十年中，几乎只有富勒烯及其衍生物，如[6，6]-苯基-C₆₁丁酸甲酯/[6，6]-苯基-C₇₁丁酸甲酯(PC₆₁BM/PC₇₁BM)被用作有机光伏中的电子受体，主要是因为它们具有三维笼状结构从而使得它们具有强电子接受能力、高电子迁移率和电荷传输的各向同性等优势。然而，富勒烯受体仍具有自身的缺陷，例如有限的能级可调性、较差的光稳定性、可见光和近红外区域的弱吸收，因此，近年来有机非富勒烯小分子受体受到了广泛的关注。与传统的富勒烯受体相比，有机非富勒烯小分子受体具有许多显著的优点，例如生产成本低、易于调节的能级适合各种高性能供体材料、在可见光和近红外区域吸收强、良好的化学稳定性和光稳定性等。然而，目前大部分有机非富勒烯小分子受体通常合成步骤多、难度大，导致总收率低，合成成本高，不利于未来的大规模商业应用。因此，探索合成成本低、简单易行的新型机非富勒烯小分子受体材料具有重要的科学意义。

氟硼二吡咯甲川类(BODIPY)染料作为一类重要的多功能荧光团，具有许多优异的光学性质，如相对较高的摩尔消光系数和荧光量子产率、光化学和热稳定性好、较低的光学带隙等。此外，BODIPY衍生物很容易合成，通过对BODIPY核进行适当的合成修饰，可以很容易地调节其光物理和电化学性能，其光谱也可以很容易地调整到近红外区域。因而，BODIPY优越的光物理和电化学性能使其在有机太阳能电池领域具有广泛的应用前景。

本发明涉及一种星型非富勒烯太阳能电池受体的制备及其应用，采用BODIPY衍生物与2，7，12-三甲酰基三聚茚在对甲苯磺酸和哌啶催化作用下发生Knoevenagel缩合反应合成。以三聚茚为中心分别引入含有二甲胺基苯乙烯基或二苯胺基苯乙烯基的BODIPY衍生物，不仅可以增强分子内电荷转移，调节能隙差，进一步扩宽光谱响应范围，使其红移到近红外区，另外，还可以增加光吸收能力，从而有利于提高器件性能。本发明的合成方法不仅反应步骤简单、反应条件温和、选择性较好，而且合成成本低；将其作为活性层电子受体用于有机太阳能电池中获得了很好的效果，光电转化效率最高可达到13.41％，在有机太阳能电池显示出优越的应用前景。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种星型非富勒烯太阳能电池受体。本发明的另一目的是提供一种星型非富勒烯太阳能电池受体的制备及其应用。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

本发明的一种星型非富勒烯太阳能电池受体，其特征在于，其结构式如3a和3b所示：

一种星型非富勒烯太阳能电池受体的制备，步骤如下：