[发明专利]一种双酯基并噻吩非稠环电子受体材料及制备方法和应用

说明书

一种双酯基并噻吩非稠环电子受体材料及制备方法和应用。所述非稠环电子受体分子的结构式如式所示：本发明的非稠环电子受体材料具有合成路线简单高效、分子共平面性好、材料易溶液加工等优点，应用于有机太阳能电池时可以有效拓宽活性层的吸光范围和提高电池的能量转换效率，充分表现出双酯基并噻吩基非稠环电子受体在有机太阳能电池中的应用潜力。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池材料制备技术领域。涉及一种有机太阳能电池活性层电子受体材料及其制备方法和在有机太阳能电池中的应用。

背景技术

近年来，本体异质结有机太阳能电池发展迅速，其器件性能主要取决于活性层，活性层包括电子给体和受体材料，其中非富勒烯受体是最具有商业化应用潜力的材料，代表性的明星受体分子包括IT-4F和Y6。目前，通过活性层材料分子的不断设计合成和器件工艺优化，非富勒烯有机太阳能电池的能量转换效率已经突破18％(Nat.Energy2021,6,605-613)。

然而，目前应用的稠环非富勒烯受体分子合成路线较为复杂，使其总收率较低、合成成本较高。因此，为了未来更好的实现商业化应用，非富勒受体分子的设计应该在保留大稠环受体优点的基础上，对其共轭体系进行修改以此来构筑新型受体，并简化合成路线。利用分子内非共价相互作用来替代大稠环受体中的共价键构筑步骤，可满足以上的受体分子设计要求。双酯基并噻吩单元广泛应用于构筑活性层材料(Adv.Energy Mater.2018,8,1801214；Macromol.Rapid Commun.2020,41,2000454；Chem.Commun.2021,57,9132；ACSAppl.Mater.Interfaces 2021,13,23993)，通过酯基中的氧与相邻单元的硫构筑O···S非共价相互作用来保证受体分子具有良好的平面性，形成非共价键构象锁，提升分子骨架的刚性，使其能有序堆积，形成高效的分子间电荷传输。此外，该设计可有效简化合成步骤并节约合成成本。因此，设计合成基于双酯基并噻吩单元的非稠环电子受体小分子对于未来实现商业化具有重要的意义。

发明内容

针对现有有机太阳能电池中稠环电子受体材料存在合成路线繁琐以及成本高等问题，本发明的第一个目的是在于提供一种成膜性好，能量转换效率较高的双酯基并噻吩基非稠环电子受体材料。

本发明的第二个目的是在于提供一种条件温和、纯化简单的制备双酯基并噻吩基非稠环电子受体材料的方法。

本发明的第三个目的是在于提供双酯基并噻吩基非稠环电子受体材料的应用，双酯基并噻吩基非稠环电子受体材料与给体材料形成互补的吸收，且与给体材料具有更加匹配的能级和高而平衡的载流子迁移率，可以用于制备高短路电流和能量转换效率的有机太阳能电池。

本发明所述的一种双酯基并噻吩基非稠环电子受体材料，其具有式1结构：

其中，R₁为C₁-C₂₀的直链或支链烷基；

Ar₁和Ar₂各自独立选自以下基团中任意一种：(虚线处为连接位置)

其中，R₂为氢原子、C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基、羰基、酯基、苯基、取代苯基、噻吩基或取代噻吩基；R₃为C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基、羰基、酯基、苯基、取代苯基、噻吩基或取代噻吩基。

EG为以下基团中任意一种：(虚线处为连接位置)