一种不对称非富勒烯受体的合成及其太阳能电池的印刷制备制造技术

本发明专利技术属于光伏材料技术领域，公开了一种苝二酰亚胺不对称小分子非富勒烯受体的合成及印刷制备有机太阳能电池的方法，苝二酰亚胺不对称小分子非富勒烯受体为基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1‑D‑A2型不对称非富勒烯小分子受体，结构式如式Ⅰ所示。本发明专利技术印刷制备有机太阳能电池提供的宽带隙的不对称小分子受体材料具有良好的溶液加工性能和电子传输性能，并且与窄带隙聚合物给体材料PTB7‑Th等结合后具有良好的吸收互补和能级匹配；本发明专利技术可应用于，能获得最高为0.95伏的开路电压，2.01％‑3.27％左右的能量转换效率，本发明专利技术提供的宽带隙不对称非富勒烯小分子受体在有机光伏领域的应用前景广阔。

Synthesis of an Asymmetric Nonfullerene Receptor and Printing of Solar Cells

【技术实现步骤摘要】
一种不对称非富勒烯受体的合成及其太阳能电池的印刷制备
本专利技术属于光伏材料
，涉及一种苝二酰亚胺不对称小分子非富勒烯受体的合成及制备方法，具体涉及一种桥联单元咔唑为核心的A1-D-A2型不对称小分子受体及其制备方法和在有机太阳能电池中的应用。
技术介绍
太阳能是目前人类了解到的最大能源，其具有取之不尽、用之不竭、分布广阔、清洁、无污染等特点，是一类理想的可再生能源。太阳能电池作为可直接将太阳能转换成电能的装置，受到了人们广泛的关注和研究。其中，有机太阳能电池因其质量轻、柔性、半透明、可卷对卷印刷等优点，作为太阳能在移动端应用的重要组成部分，成为科研工作者研究的重点。今年来，通过对给体和受体材料的不断发展、制备工艺和器件结构的优化等手段，体异质结有机太阳能电池的效率得到了极大的提高。目前，基于富勒烯及其衍生物为受体的有机太阳能电池的效率已超过10％。然而富勒烯受体存在一些对器件性能具有急剧影响的缺陷，例如在可见光区吸收较弱而导致短路电流较低、有二聚趋势从而导致稳定性较差、合成和纯化困难、成本高、能级调控困难等，极大地限制了基于富勒烯受体的有机太阳能电池效率的进一步提高。为了解决目前富勒烯受体存在的问题，发展高性能的非富勒烯受体材料十分必要。综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术有机太阳能电池制备材料中，溶解性差，不能够溶于大部分有机溶剂；而且吸收光谱互补性能差。能量转换效率低。而且现有技术制备工艺繁琐，成本高。解决上述技术问题的意义：在给体材料方面，聚合物给体材料得到了系统地研究和快速发展，众多聚合物材料脱颖而出，例如PM6、PTB7-Th等。为了替代富勒烯材料，非富勒烯受体材料除了要与聚合物给体材料形成较好的吸收光谱互补，能级匹配外，还应具有较高的电子传输性能以匹配拥有较高空穴传输能力的给体材料，以降低双分子重组来得到更高的短路电流。因此发展具有各向异性的不对称小分子受体，本专利技术有效地解决这一问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术提供了一种苝二酰亚胺不对称小分子非富勒烯受体的合成及制备方法。该类小分子受体与窄带隙聚合物给体材料能形成良好的吸收光谱互补。同时平面型的不对称结构可以有效的提高小分子受体的电子传输性能，将该类小分子受体材料应用于有机太阳能电池中能获得较高的能量转换效率。本专利技术的技术方案为：一种含有桥联咔唑单元核的宽带隙A1-D-A2型不对称小分子受体，具有以下通式结构：式Ⅰ：其中，R为C1-C12的直链或支链烷基；连接位置位于式中的2、7或者3、6位；A1选用式Ⅱ、式Ⅲ中所示的未稠合或稠合的苝二酰亚胺分子，其中R1为C8-C21的直链或支链烷基；A2选用式Ⅳ、式Ⅴ、式Ⅵ、式Ⅶ、式Ⅷ、所示吸电子基团，其中R2为C1-C12的直链或支链烷基，X1和X2分别为氢、烷基、氯原子、氟原子：进一步，R为C1-C8的直链烷基；连接位置优先选择3、6位。A2选用式Ⅳ或式Ⅵ所示的集团结构：其中R2为C1-C12的直链或支链烷基，X1和X2分别为氢、烷基、氯原子、氟原子。进一步，基于桥联单元咔唑核心的A1-D-A2型不对称小分子受体材料具有以下分子结构式：本专利技术另一目的在于提供一种利用所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体与窄带隙聚合物给体材料结合制备的太阳能电池，所述窄带隙聚合物给体材料为PTB7-Th，分子结构式为：本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体制备的太阳能电池。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术合成的基于桥联单元咔唑核心的A1-D-A2型不对称小分子受体具有良好的溶解性，能够溶于大部分有机溶剂，例如二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、氯苯等。本专利技术合成的基于桥联单元咔唑核心的宽带隙非富勒小分子受体材料，能与窄带隙聚合物给体材料具有良好的吸收光谱互补。本专利技术合成的基于桥联单元咔唑核心的宽带隙非富勒小分子受体材料，应用于印刷制备有机太阳能电池，能获得较满意的能量转换效率。本专利技术制备工艺简单，成本低。附图说明图1为实施例2制备的非富勒烯有机小分子光伏受体材料的三氯甲烷和薄膜状态下的紫外-可见吸收光谱。图2为实施例2制备的非富勒烯有机小分子光伏受体材料用于制备光伏电池，光伏电池在AM1.5，100mW/cm-2光照下的电流-电压曲线图。图3为实施例2制备的非富勒烯有机小分子光伏受体材料用于制备光伏电池，光伏电池在AM1.5，100mW/cm-2光照下的外量子效率曲线图。具体实施方式下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。现有技术有机太阳能电池制备材料中，溶解性差，不能够溶于大部分有机溶剂；而且吸收光谱互补性能差。能量转换效率低。而且现有技术制备工艺繁琐，成本高。针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于支化卟啉-苝二酰亚胺小分子非富勒烯受体合成方法，下面结合具体方案对本专利技术作详细的描述。本专利技术实施例提供的基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体，所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体分子结构如式Ⅰ所示：其中，R为C1-C12的直链或支链烷基；连接位置位于式中的2、7或者3、6位；A1选用式Ⅱ、式Ⅲ中所示的未稠合或稠合的苝二酰亚胺分子，其中R1为C8-C21的直链或支链烷基；A2选用式Ⅳ、式Ⅴ、式Ⅵ、式Ⅶ、式Ⅷ所示吸电子基团。所述式Ⅱ、式Ⅲ、式Ⅳ、式Ⅴ、式Ⅵ、式Ⅶ、式Ⅷ分别为：其中R2为C1-C12的直链或支链烷基，X1和X2分别为氢、烷基、氯原子、氟原子。在本专利技术实施例中，R为C1-C8的直链烷基。在本专利技术实施例中，连接位置位于式中的3、6位。在本专利技术实施例中，A2选用结构为：其中R2为C1-C12的直链或支链烷基，X1和X2分别为氢、烷基、氯原子、氟原子。在本专利技术实施例中，所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体包括化学结构为RPC的有机小分子受体，所述化学结构为RPC的有机小分子受体合成路线为：在本专利技术实施例中，所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体包括化学结构为FRPC的有机小分子受体，所述化学结构为FRPC的有机小分子受体合成路线为：在本专利技术实施例中，所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体为化学结构为IPC的有机小分子受体，所述化学结构为IPC的有机小分子受体成路线为：在本专利技术实施例中，所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体包括化学结构为FIPC的有机小分子受体，所述化学结构为FIPC的有机小分子受体合成路线为：在本专利技术实施例中，利用所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体与窄带隙聚合物给体材料结合制备的太阳能电池，所述窄带隙聚合物给体材料为PTB7-Th，分子结构式为：在本专利技术实施例中，提供一种利用所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体制备的太阳能电池。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1本专利技术实施例提供的一种化学结构为RPC的有机小分子受体，其合成路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1‑D‑A2型不对称非富勒烯小分子受体，其特征在于，所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1‑D‑A2型不对称非富勒烯小分子受体分子结构如式Ⅰ所示：

【技术特征摘要】
1.一种基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体，其特征在于，所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体分子结构如式Ⅰ所示：其中，R为C1-C12的直链或支链烷基；连接位置位于式中的2、7或者3、6位；A1选用式Ⅱ、式Ⅲ中所示的未稠合或稠合的苝二酰亚胺分子，其中R1为C8-C21的直链或支链烷基；A2选用式Ⅳ、式Ⅴ、式Ⅵ、式Ⅶ、式Ⅷ所示吸电子基团；所述式Ⅱ、式Ⅲ、式Ⅳ、式Ⅴ、式Ⅵ、式Ⅶ、式Ⅷ分别为：其中R2为C1-C12的直链或支链烷基，X1和X2分别为氢、烷基、氯原子、氟原子。2.如权利要求1所述的基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体，其特征在于，R为C1-C8的直链烷基。3.如权利要求1所述的基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体，其特征在于，连接位置位于式中的3、6位。4.如权利要求1所述的基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体，其特征在于，A2选用结构为：其中R2为C1-C12的直链或支链烷基，X1和X2分别为氢、烷基、氯原子、氟原子。5.如权利要求1所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受体，其特征在于，所述基于桥联单元咔唑核心的宽带隙A1-D-A2型不对称非富勒烯小分子受...

【专利技术属性】
技术研发人员：王行柱，陈煜卓，闫磊，黄茁豪，刘志鑫，刘帅虎，谢柳平，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43