一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种苯并[4,5]噻吩并[2,3‑b]呋喃为核心骨架的衍生化合物及其应用，其应用的有机太阳能电池包含光敏区域，其光敏区域包含与至少一种有机受体材料接触的至少一种有机供体材料，其中供体材料和受体材料形成供体‑受体异质结，并且光敏区域包含至少一种苯并[4,5]噻吩并[2,3‑b]呋喃为核心骨架的衍生化合物。

A benzo [4,5] thiophene and furan derivative compounds for [2,3 b] core framework and its application

Derivative compounds of the present invention discloses a benzo [4,5] thiophene and furan [2,3 b] as the core framework and its application, the application of the organic solar cell includes a photosensitive region, the photosensitive region contains at least contact with at least one organic acceptor material of an organic donor material, wherein the donor and acceptor materials forming materials donor receptor heterojunction, derivative compound and photosensitive region comprising at least one benzo [4,5] thiophene and furan [2,3 b] as the core skeleton.

【技术实现步骤摘要】
一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物及其应用
：本专利技术涉及具有光敏区域的有机太阳能电池
，尤其涉及一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物及其应用。
技术介绍
：由于日益减少的化石原料和在这些原料燃烧中形成并作为温室气体的CO2，由太阳光直接产生能量起到越来越大的作用。“光生伏打”应理解为意指辐射能、主要是太阳能直接转化成电能。与无机太阳能电池相反，在有机太阳能电池中，光不直接产生自由电荷载体，而是首先形成激子，即电子-空穴对形式的电中性激发态。这些激子仅可通过非常高的电场或在合适的界面上分离。在有机太阳能电池中，足够高的场是得不到的，所以所有现有关于有机太阳能电池的概念都基于在光敏界面(有机供体-受体界面或异质结)上的激子分离。为此，需要已在有机材料体积中产生的激子可以扩散至该光敏界面。激子扩散至活性界面在有机太阳能电池中起决定性作用。为了有助于光电流，在良好有机太阳能电池中的激子扩散长度必须至少为大约光的典型穿透深度大小，以便可利用光的主要部分。太阳能电池的效率取决于其开放电路电压(Voc)。这表示用开放电路辐射的电池的最大电压。其它重要的参数是短电路电流密度(Jsc)、填充因子(FF)和系数(η)。第一个含有酞菁的有效有机太阳能电池是由Tang于1986年(C.W.Tang等,Appl.Phys·Lett·48,183(1986))报道的。此电池含有两层体系，是由作为p-导体的酮酞菁(CuPc)和作为n-导体的芘-3,4:9,10-四梭酸二苯并咪哩(PTCBI)组成的，并显示1%的效率。本专利技术目的为提供一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物，可改进有机太阳能电池中的能量转换效率。
技术实现思路
：针对上述问题，本专利技术要解决的技术问题是提供一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物及其应用。本专利技术的一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物，其结构通式如式Ⅰ所示：（式Ⅰ）其中，Ar1选取碳原子数为6～18的芳环或共轭杂环中的任意一种，Ar2选取碳原子数为6～18的芳环或共轭杂环中的任意一种，Ar选取碳原子数为9～18的芳环、共轭杂环的任意一种。本专利技术的一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物，其结构通式如式Ⅰ所示：（式Ⅰ）其中，Ar1选取苯基、联苯基、、萘基、、或中的任意一种，Ar2选取苯基、联苯基、、萘基、、或中的任意一种，Ar选取咔唑基、3-苯基咔唑基、异喹啉基中的任意一种。优选的，苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物，它选自下列任意一种化合物：、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、。本专利技术的一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物在有机太阳能电池中的应用。优选的，所述有机太阳能电池包括至少一种式I的苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物用作电子供体材料。优选的，所述有机太阳能电池的光敏区域包含至少一种式I的苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物与至少一种与其不同的半导体材料组合。优选的，所述有机太阳能电池的光敏区域包含至少一种富勒烯和/或富勒烯衍生物作为半导体材料。优选的，所述有机太阳能电池的光敏区域包含C60或至少一种式I的苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物作为半导体材料。优选的，所述有机太阳能电池其包含呈本体异质结形式的光敏供体-受体过渡。优选的，所述有机太阳能电池其呈单个电池形式或呈串叠型电池形式或呈多结电池形式。优选的，所述有机太阳能电池其呈串叠型电池形式，其中一个子电池包含式I的苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物和至少一种富勒烯或富勒烯衍生物。优选的，所述串叠型电池形式，其额外包含至少一个在较长波谱范围内，优选在600～900nm范围内具有最大吸收的子电池。有机太阳能电池通常具有层结构且通常至少包含如下层：阳极、光敏层和阴极。这些层通常施加至适用于此目的的基底上。本专利技术提供的一种有机太阳能电池，其包含具有至少一个阴极和至少一个阳极和至少一种如上定义的式I的衍生化合物作为光敏材料的基底。本专利技术的有机太阳能电池包含至少一个光敏区域。光敏区域可以包含两层，它们各自具有均匀的组成并形成平面的供体-受体异质结。光敏区域还可包含混合层并形成呈供体-受体本体异质结形式的供体-受体异质结。优选的，适合于有机太阳能电池的基底例如为氧化材料、聚合物及其组合。氧化材料选自玻璃、陶瓷、5102、石英等。聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酷、聚烯烃(如聚乙烯和聚丙烯)、聚酷、氟聚合物、聚酞胺、聚氨酷、聚(甲基)丙烯酸烷基酷、聚苯乙烯、聚氯乙烯及混合物和复合材料。合适的电极(阴极、阳极)原则上为金属、半导体、金属合金、半导体合金及其组合。金属为元素周期表第2、8、9、10、11或13族，例如Pt、Au、Ag、eu、Al、In、Mg或Ca。半导体例如为掺杂的Si、掺杂的Ge、氧化锢锡(ITO)、氟化氧化锡(FTO)、氧化稼锢锡(GIT0)、氧化锌锢锡(ZITO)等。金属合金例如为基于Pt、Au、Ag、Cu等的合金。具体实施方案是Mg/Ag合金的合金。烯及混合物和复合材料。用于朝向光的电极(标准结构中的阳极、相反结构中的阴极)的材料优选为对入射光至少部分透明的材料，包括具有玻璃和/或透明聚合物作为载体材料的电极。合适作为载体的透明聚合物为例如聚对苯二甲酸乙二醇酷。电接触连接通常借助金属层和/或透明导电氧化物(TCO)进行。这些优选包括工TO、掺杂的工TO、FTO(氟掺杂的氧化锡)、AZO(铝掺杂的氧化锡)、ZnO、TIOZ、Ag、Au、Pt，特别优选工T0用于接触连接。还可以使用导电聚合物用于电接触连接，例如聚-3,4-亚烷基二氧基哆吩，例如聚-3,4-亚乙氧基哆吩(PEDOT)。构造朝向光的电极应使得其足够薄以仅导致最小光吸收，但足够厚以能够实现被捕获载流子的良好电荷传输。电极层的厚度(不含载体材料)优选为20～200nm。用于远离光的电极(标准结构中的阴极、相反结构中的阳极)的材料为至少部分反射入射光的材料。这包括金属膜，优选Ag、Au、Al、Ca、Mg、In及其混合物的膜。混合物为Mg/Al。电极层的厚度优选为50～300nm。优选的，光敏区域包含至少一层或由至少一层组成，所述层包含至少一种如上定义的式I的苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物。优选的，本专利技术的有机太阳能电池作为具有平面异质结和标准结构的单个电池存在。在具体实施方案中,电池具有如下结构:至少部分透明的传导层(顶部电极，阳极)；空穴传导层(空穴传输层，HTL)；包含供体材料的层；包含受体材料的层；激子阻挡和/或电子传导层；第二传导层(后电极，阴极)。本专利技术有益效果：提供了一种具有很大潜力的用于有机太阳能电池的苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物，可改进有机太阳能电池中的能量转换效率。附图说明：为了易于说明，本专利技术由下述的具体实施及附图作以详细描述。图1是中间体INMR1H示意图；图2是中间体IINMR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种苯并[4,5]噻吩并[2,3‑b]呋喃为核心骨架的衍生化合物，其结构通式如式Ⅰ所示：

【技术特征摘要】
1.一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物，其结构通式如式Ⅰ所示：（式Ⅰ）其中，Ar1选取碳原子数为6～18的芳环或共轭杂环中的任意一种，Ar2选取碳原子数为6～18的芳环或共轭杂环中的任意一种，Ar选取碳原子数为9～18的芳环、共轭杂环的任意一种。2.一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物，其结构通式如式Ⅰ所示：（式Ⅰ）其中，Ar1选取苯基、联苯基、、萘基、、或中的任意一种，Ar2选取苯基、联苯基、、萘基、、或中的任意一种，Ar选取咔唑基、3-苯基咔唑基、异喹啉基中的任意一种。3.权利要求1所述的一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物，它选自下列任意一种化合物：、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、。4.权利要求1所述的一种苯并[4,5]噻吩并[2,3-b]呋喃为核心骨架的衍生化合物在有机太阳能电池中的应用。5.根据权利要求4所述的一种苯并[4...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢丽杰，王远，刘文明，孙凤霞，罗小玲，罗瑞峰，韩猛立，
申请(专利权)人：新疆农垦科学院，
类型：发明
国别省市：新疆,65