多并稠环共轭大分子及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及太阳能电池领域，具体地，涉及一种多并稠环共轭大分子及其制备方法和应用。所述多并稠环共轭大分子为下式(1F)所示的化合物和下式(1)所示的化合物中的一种。本发明专利技术提供的多并稠环共轭大分子，具有较强的光吸收、较高的电荷传输性能以及合适的电子能级，适合于作为电子给体或电子受体材料应用于制备太阳能电池。

Conjugated macromolecules with multiple fused rings and their preparation methods and Applications

The invention relates to the field of solar cells, in particular to a multiple fused ring conjugated macromolecule and its preparation method and application. The multiple fused ring conjugated macromolecules are one of the compounds shown in the lower type (1F) and the compounds shown in the following formula (1). The polycyclic polycyclic conjugated macromolecules provided by the invention have strong light absorption, high charge transmission properties and appropriate electronic energy levels, and are suitable for the preparation of solar cells as electron donor or electron acceptor materials.

【技术实现步骤摘要】
多并稠环共轭大分子及其制备方法和应用
本专利技术涉及太阳能电池领域，具体地，涉及一种多并稠环共轭大分子及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，有机太阳能电池发展迅速，由于其具有重量轻、柔性好、加工方式简单、可大面积制备并且成本低等优点，受到学术界和工业界的广泛关注。目前，基于聚合物给体与富勒烯受体共混制备的太阳能电池的光电转换效率已突破11％。这显示出有机太阳能电池的巨大应用前景。聚合物材料由于其较高的摩尔消光系数，较宽的太阳光谱吸收，使得光伏器件的光电转换效率较高。然而，聚合物也有不足之处，比如：不确定的分子结构，多分散性的分子量分布，较难的批次重复性，不易纯化等问题。与聚合物不同，有机稠环小分子和大分子半导体材料由于具有确定的分子结构及分子量，以及具有批次稳定及纯化简单且纯度高等优点，使得有机稠环小分子和大分子太阳能电池研究渐趋于热。由于富勒烯衍生物拥有足够大的电子亲和力、各向同性的电子传输性能、较匹配的电子能级等优点，使得富勒烯衍生物(PC61BM和PC71BM)成为受体材料里的明星分子，一直占据着主导地位。然而PCBM也存在着诸多缺点，如较弱的可见光吸收、较难的能级调控、复杂繁琐的提纯过程等。因此合成新型的受体材料依然非常有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的能够用于太阳能电池作为电子给体或电子受体材料的具有较强的光吸收、较高的电荷传输性能以及合适的电子能级的多并稠环共轭大分子及其制备方法和应用。为了实现上述目的，本专利技术提供一种多并稠环共轭大分子，该共轭大分子为下式(1F)所示的化合物：式(1F)其中，各个基团各自独立地表示1-10个噻吩共轭稠环结构；各个基团A各自独立地选自下式所示基团中的一种：其中，R3-R6中的至少一个为F，其他的各自独立地选自H、烷基、烷氧基和烷硫基；其中，各个R1各自独立地选自式所示的基团和式所示的基团；各个R2各自独立地选自式所示的基团；各个Z各自独立地选自C、N和Si；各个X和各个Y各自独立地选自O、S和Se；m为0-6的整数；p为0-6的整数；n为0-6的整数；各个R7、各个R8、各个R9、各个R10和各个R11各自独立地选自H、C1-C30的烷基、C1-C30的烷氧基、C1-C30的烷硫基和C6-C12的芳基。本专利技术还提供了上述多并稠环共轭大分子的制备方法，该方法包括：在碱性化合物存在下且在有机溶剂中，将下式(2)所示的化合物与式(a)所示的化合物进行脱水缩合反应，得到式(1F)所示的化合物；其中，式(2)式(a)本专利技术还提供了一种多并稠环共轭大分子，该共轭大分子为下式(1)所示的化合物：式(1)其中，各个基团各自独立地表示3-10个噻吩共轭稠环结构；各个基团A'各自独立地选自下式所示基团中的一种：其中，R3-R6各自独立地选自H、烷基、烷氧基和烷硫基；其中，各个R1各自独立地选自式所示的基团和式所示的基团；各个R2各自独立地选自式所示的基团；各个Z各自独立地选自C、N和Si；各个X和各个Y各自独立地选自O、S和Se；m为0-6的整数；p为0-6的整数；n为0-6的整数；各个R7、各个R8、各个R9、各个R10和各个R11各自独立地选自H、C1-C30的烷基、C1-C30的烷氧基、C1-C30的烷硫基和C6-C12的芳基。本专利技术还提供了上述多并稠环共轭大分子的制备方法，该方法包括：在碱性化合物存在下且在有机溶剂中，将下式(2)所示的化合物与式(a')所示的化合物进行脱水缩合反应，得到式(1)所示的化合物；其中，式(2)式(a')本专利技术还提供了一种含有上述多并稠环共轭大分子中的一种或多种的光伏材料。本专利技术还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括光捕获的活性层，其中，所述光捕获的活性层中电子给体材料和/或电子受体材料含有上述多并稠环共轭大分子中的一种或多种。本专利技术还提供了一种太阳能电池的制备方法，其中，该方法包括将含有上述多并稠环共轭大分子中的一种或多种的电子给体材料和/或电子受体材料用于形成光捕获的活性层。本专利技术提供的多并稠环共轭大分子，具有较强的光吸收、较高的电荷传输性能以及合适的电子能级，适合于作为电子给体或电子受体材料应用于制备太阳能电池，特别是能够获得光电转换效率为10-12％的太阳能电池。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的实施例1所得的式(1F-5-F1)所示的多并稠环共轭大分子的紫外-可见吸收光谱，其中，溶液是指以氯仿为溶剂制得的溶液(10-6mol/L)，薄膜是指氯仿溶液旋涂成的薄膜(100纳米厚度)。图2是本专利技术的实施例1所得的式(1F-5-F1)所示的多并稠环共轭大分子的循环伏安曲线。图3为本专利技术的实施例2所得的式(1F-5-F2)所示的多并稠环共轭大分子的紫外-可见吸收光谱，其中，溶液是指以氯仿为溶剂制得的溶液(10-6mol/L)，薄膜是指氯仿溶液旋涂成的薄膜(100纳米厚度)。图4为本专利技术的实施例2所得的式(1F-5-F2)所示的多并稠环共轭大分子的循环伏安曲线。图5为本专利技术的实施例3所得的式(1F-5-13)所示的多并稠环共轭大分子的紫外-可见吸收光谱，其中，溶液是指以氯仿为溶剂制得的溶液(10-6mol/L)，薄膜是指氯仿溶液旋涂成的薄膜(100纳米厚度)。图6为本专利技术的实施例3所得的式(1F-5-13)所示的多并稠环共轭大分子的循环伏安曲线。图7为本专利技术的实施例4所得的式(1F-7-F1)所示的多并稠环共轭大分子的紫外-可见吸收光谱，其中，溶液是指以氯仿为溶剂制得的溶液(10-6mol/L)，薄膜是指氯仿溶液旋涂成的薄膜(100纳米厚度)。图8为本专利技术的实施例4所得的式(1F-7-F1)所示的多并稠环共轭大分子的循环伏安曲线。图9为本专利技术的实施例5所得的式(1F-7-F3)所示的多并稠环共轭大分子的紫外-可见吸收光谱，其中，溶液是指以氯仿为溶剂制得的溶液(10-6mol/L)，薄膜是指氯仿溶液旋涂成的薄膜(100纳米厚度)。图10为本专利技术的实施例5所得的式(1F-7-F3)所示的多并稠环共轭大分子的循环伏安曲线。图11为本专利技术的实施例6所得的式(1F-7-15)所示的多并稠环共轭大分子的紫外-可见吸收光谱，其中，溶液是指以氯仿为溶剂制得的溶液(10-6mol/L)，薄膜是指氯仿溶液旋涂成的薄膜(100纳米厚度)。图12为本专利技术的实施例6所得的式(1F-7-15)所示的多并稠环共轭大分子的循环伏安曲线。图13为本专利技术的实施例7所得的式(1F-9-F1)所示的多并稠环共轭大分子的紫外-可见吸收光谱，其中，溶液是指以氯仿为溶剂制得的溶液(10-6mol/L)，薄膜是指氯仿溶液旋涂成的薄膜(100纳米厚度)。图14为本专利技术的实施例7所得的式(1F-9-F1)所示的多并稠环共轭大分子的循环伏安曲线。图15为本专利技术的实施例8所得的式(1F-9-2)所示的多并稠环共轭大分子的紫外-可见吸收光谱，其中，溶液是指以氯仿为溶剂制得的溶液(10-6mol/L)，薄膜是指氯仿溶液旋涂成的薄膜(100纳米厚度)。图16为本专利技术的实施例8所得的式(1F-9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多并稠环共轭大分子，其特征在于，该共轭大分子为下式(1F)所示的化合物：

【技术特征摘要】
1.一种多并稠环共轭大分子，其特征在于，该共轭大分子为下式(1F)所示的化合物：式(1F)其中，各个基团各自独立地表示1-10个噻吩共轭稠环结构；各个基团A各自独立地选自下式所示基团中的一种：其中，R3-R6中的至少一个为F，其他的各自独立地选自H、烷基、烷氧基和烷硫基；其中，各个R1各自独立地选自式所示的基团和式所示的基团；各个R2各自独立地选自式所示的基团；各个Z各自独立地选自C、N和Si；各个X和各个Y各自独立地选自O、S和Se；m为0-6的整数；p为0-6的整数；n为0-6的整数；各个R7、各个R8、各个R9、各个R10和各个R11各自独立地选自H、C1-C30的烷基、C1-C30的烷氧基、C1-C30的烷硫基和C6-C12的芳基。2.根据权利要求1所述的多并稠环共轭大分子，其中，各个基团各自独立地表示1-5个噻吩共轭稠环结构；R3-R6中的至少一个为F，其他的各自独立地选自H、C1-C30的烷基、C1-C30的烷氧基和C1-C30的烷硫基；各个Z各自独立地选自C、N和Si；各个X和各个Y各自独立地选自O和S；m为0-4的整数；p为0-4的整数；n为0-4的整数；各个R7、各个R8、各个R9、各个R10和各个R11各自独立地选自H、C1-C20的烷基、C1-C20的烷氧基、C1-C20的烷硫基和C6-C10的芳基；优选地，各个基团各自独立地表示1-4个噻吩共轭稠环结构；R3-R6中的至少一个为F，其他的各自独立地选自H、C1-C20的烷基、C1-C20的烷氧基和C1-C20的烷硫基；各个Z各自独立地选自C和N；各个R7、各个R9和各个R11各自独立地选自H、C1-C6的烷基、C1-C6的烷氧基和C1-C6的烷硫基；各个R8和各个R10和各自独立地选自H、C4-C10的烷基、C4-C10的烷氧基和C4-C10的烷硫基；更优选地，R3-R6中的至少一个为F，其他的各自独立地选自H、C1-C10的烷基、C1-C10的烷氧基和C1-C10的烷硫基；各个Z各自独立地选自C和N；m为0、1、2或3；p为0、1、2或3；n为0、1、2或3；各个R7、各个R9和各个R11各自独立地选自H、甲基、乙基、正丙基、正丁基、甲氧基、乙氧基、正丙氧基、正丁氧基、甲硫基、乙硫基、正丙硫基和正丁硫基；各个R8和各个R10和各自独立地选自H、正丁基、正戊基、正己基、正辛基、2-乙基己基、正丁氧基、正戊氧基、正己氧基、正辛氧基、2-乙基己氧基、正丁硫基、正戊硫基、正己硫基、正辛硫基和2-乙基己硫基。3.根据权利要求1或2所述的多并稠环共轭大分子，其中，该共轭大分子为下式中所示的化合物中的一种：式(1F-5)：式(1F-7)：式(1F-9)：式(1F-11)：4.根据权利要求3所述的多并稠环共轭大分子，其中，定义：基团A-1为基团A-2为基团A-3为基团A-4为基团A-5为基团A-6为基团A-7为基团A-8为基团A-9为基团A-10为基团A-11为该共轭大分子为下式中所示的化合物中的一种：式(1F-5-1)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-1，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-2)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-1，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-3)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-1，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-4)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-2，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-5)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-2，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-6)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-2，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-7)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-3，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-8)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-3，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-9)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-3，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-10)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-4，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-11)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-4，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-12)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-4，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-13)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-5，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-14)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-5，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-15)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-5，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-16)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-6，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-17)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-6，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-18)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-6，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-19)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-7，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-20)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-7，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-21)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-7，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-22)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-8，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-23)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-8，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-24)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-8，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-25)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-9，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-26)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-9，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-27)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-9，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-28)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-10，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-29)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-10，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-30)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-10，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-31)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-11，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-32)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-11，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-33)：式(1F-5)中，Z均为C，A均为基团A-11，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-5-34)：式(1F-5)中，Z均为C，一个A为基团A-2，另一个A为基团A-3，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-5-35)：式(1F-5)中，Z均为C，一个A为基团A-2，另一个A为基团A-3，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-5-36)：式(1F-5)中，Z均为C，一个A为基团A-2，另一个A为基团A-3，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-1)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-1，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-2)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-1，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-3)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-1，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-4)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-2，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-5)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-2，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-6)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-2，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-7)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-3，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-8)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-3，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-9)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-3，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-10)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-4，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-11)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-4，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-12)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-4，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-13)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-5，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-14)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-5，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-15)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-5，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-16)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-6，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-17)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-6，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-18)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-6，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-19)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-7，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-20)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-7，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-21)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-7，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-22)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-8，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-23)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-8，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-24)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-8，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-25)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-9，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-26)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-9，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-27)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-9，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-28)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-10，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-29)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-10，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-30)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-10，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-31)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-11，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-32)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-11，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-33)：式(1F-7)中，Z均为C，A均为基团A-11，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-7-34)：式(1F-7)中，Z均为C，一个A为基团A-2，另一个A为基团A-3，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-7-35)：式(1F-7)中，Z均为C，一个A为基团A-2，另一个A为基团A-3，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-7-36)：式(1F-7)中，Z均为C，一个A为基团A-2，另一个A为基团A-3，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-9-1)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-1，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-9-2)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-1，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-9-3)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-1，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-9-4)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-2，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-9-5)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-2，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-9-6)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-2，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-9-7)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-3，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-9-8)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-3，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-9-9)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-3，R2不存在，R1均为且R8为正己基；式(1F-9-10)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-4，R2不存在，R1均为正己基；式(1F-9-11)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-4，R2不存在，R1均为且R10为正己基；式(1F-9-12)：式(1F-9)中，Z均为C，A均为基团A-4，R2不存...

【专利技术属性】
技术研发人员：占肖卫，代水星，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11