一种喹喔啉衍生物受体材料及其制备方法与应用技术

式I所示的喹喔啉衍生物及其在制备有机太阳能电池中的用途。式I所示的喹喔啉衍生物在薄膜中表现出低的光学带隙(1.35eV)。通过与中宽带隙聚合物给体PBDB‑TF聚合物给体匹配，制备的器件具有较高的PCE，并且所述器件的Eloss也明显降低。式I所示的喹喔啉衍生物可溶于多种有机溶剂中，因此易于制备各种有机光伏材料。使用喹喔啉衍生物制备的有机太阳能电池具有广阔的应用前景。

A Quinoxaline Derivative Receptor Material and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种喹喔啉衍生物受体材料及其制备方法与应用
本专利技术属于有机光伏材料制备
，具体涉及一种喹喔啉衍生物受体材料及其制备方法与应用。
技术介绍
有机光伏材料(OPVs)因其低成本、可以大面积制造或用于制备柔性和半透明器件而备受关注。然而，与无机和钙钛矿太阳能电池相比，OPVs表现出低的光-电转换效率，这主要是因为有机材料本身低的介电常数会导致相对大的能量损失(Eloss＝Eg-eVoc，其中Eg是光活性层的光学带隙，而Voc是光伏器件的开路电压)。对于应用富勒烯衍生物作为电子受体的传统体异质结OPVs，Elosss通常高于0.6eV，这使得光电转换效率(PCEs)低于12％。随着稠环电子受体，特别是含有一个受体(A)-给体(D)-受体(A)排列的稠环电子受体的发展，非富勒烯OPVs的PCEs迅速超过12％，甚至可以在非常短的时间内达到16％，其中仅有少数材料的Elosss低于0.6eV。尽管这对无机或钙钛矿太阳能电池来说是正常的，但Elosss低于0.5eV的高性能OPVs迄今为止较为罕见，这意味着Eloss仍然是限制OPV技术光伏效率的关键因素。尽管如此，在过去几年中，人们努力将Eloss降低至低于0.5Ev，从而提高OPVs的效率。相关文献报道了基于富电子的苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩和缺电子的1,3,4-噻二唑部分的大带隙聚合物给体PBDTS-TDZ。与具有代表性的非富勒烯受体ITIC相结合，PBDTS-TDZ基的设备具有最高可达12.8％的PCE和低的Eloss(0.48eV)。相关文献还报道了由于引入一个高的富电子核心DTPC，电子受体DTPC-DFIC在薄膜中于1021nm表现出吸收，这对应于1.21eV的光学带隙。使用窄带隙PTB7-Th聚合物作为电子给体，基于DTPC-DFIC的器件的PCEmax为10.21％，具有极低的Eloss(0.45eV)。在我们之前的工作中，我们通过引入弱电子受体苯并[1,2-d:4,5-d’]双噻唑，开发了一种大带隙聚合物给体BBTA。通过匹配低带隙电子受体ZITI-Br，实现了11.08％的PCEmax，并且Eloss仅有0.50eV。最近，有文献公开了一种有效的电子受体Y6，其显示在931nm处开始吸收，具有1.33eV的光学带隙。基于Y6的器件显示出非常高的PCEmax(15.7％)和低Eloss(0.50eV)。为了得到高PCE和低Eloss的OPVs，上述电子受体材料结构仍有待进一步改善。
技术实现思路
为改善上述技术问题，本专利技术首先提供如下式I所示的喹喔啉衍生物，其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6相同或不同，彼此独立地选自H、无取代或任选被一个、两个或更多个Rs取代的如下基团：烷基、环烷基、杂环基；X1、X2、X3、X4相同或不同，彼此独立地选自卤素或卤代烷基；Z1、Z2相同或不同，彼此独立地选自O或S；Rs选自卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、烷基、环烷基、杂环基。根据本专利技术的实施方案，所述R1、R2、R3、R4、R5、R6相同或不同，彼此独立地选自H、无取代或任选被一个、两个或更多个Rs取代的C1-12烷基；X1、X2、X3、X4相同或不同，彼此独立地选自氟或氯；Z1、Z2选自O；Rs选自卤素或C1-12烷基。作为实例，式I所示的喹喔啉衍生物选自如下化合物：其中，EH＝2-乙基己基。本专利技术还提供如上所述式I所示喹喔啉衍生物的制备方法，包括：化合物I-A与化合物I-B、化合物I-C反应得到化合物I；R1、R2、R3、R4、R5、R6、X1、X2、X3、X4、Z1、Z2具有如上所述的定义。根据本专利技术的实施方案，所述反应为Knoevenagel缩合反应。根据本专利技术的实施方案，所述反应在有机碱的存在下进行，例如在吡啶的存在下进行。本专利技术还提供如上所述式I所示喹喔啉衍生物在制备有机太阳能电池中的用途。本专利技术还提供如上所述化合物I-A，其具有如下所示的结构：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6相同或不同，彼此独立地选自H、无取代或任选被一个、两个或更多个Rs取代的如下基团：烷基、环烷基、杂环基；Rs选自卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、烷基、环烷基、杂环基。根据本专利技术的实施方案，所述R1、R2、R3、R4、R5、R6相同或不同，彼此独立地选自H、无取代或任选被一个、两个或更多个Rs取代的C1-12烷基。作为实例，化合物I-A选自如下化合物：其中，EH＝2-乙基己基。本专利技术还提供化合物I-A的制备方法，包括如下步骤：化合物I-A6与LDA及DMF反应得到化合物I-A，R1、R2、R3、R4、R5、R6具有如上所述的定义。根据本专利技术的实施方案，化合物I-A6采用如下方法制备：化合物I-A1与化合物I-A2、化合物I-A2’发生偶联反应制备得到化合物I-A3；化合物I-A3发生叠氮化反应制备得到化合物I-A4；化合物I-A4发生关环反应制备得到化合物I-A5；化合物I-A5与化合物R3-L1及化合物R4-L2发生取代反应得到化合物I-A6，R1、R2、R3、R4、R5、R6具有如上所述的定义；L1与L2相同或不同，彼此独立地选自离去基团，例如卤素。本专利技术还提供化合物I-A在制备化合物I中的用途。本专利技术还提供一种有机太阳能电池，其包括如上所述式I所示喹喔啉衍生物。根据本专利技术的实施方案，所述有机太阳能电池包含活性层，所述活性层中包括式I所示喹喔啉衍生物。根据本专利技术的实施方案，所述有机太阳能电池的活性层中还包括PBDB-TF聚合物给体，其具有如下所示的结构，其中，EH＝2-乙基己基。根据本专利技术的实施方案，所述活性层中式I所示的喹喔啉衍生物与PBDB-TF聚合物给体的质量比为1:(0.8～1.2)，例如为1:1。根据本专利技术的实施方案，所述有机太阳能电池包括：氧化铟锡(ITO)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)、活性层、PDINO和Al。根据本专利技术的实施方案，所述有机太阳能电池依次包括：基板、氧化铟锡(ITO)层、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)层(PEDOT：PSS层)、活性层、PDINO层和Al层。根据本专利技术的实施方案，所述有机太阳能电池中PEDOT：PSS层的厚度为25～35nm，例如30nm。根据本专利技术的实施方案，所述活性层的厚度为80～140nm，优选90～135nm。根据本专利技术的实施方案，所述有机太阳能电池中铝(Al)的厚度为80～120nm，优选90～100nm。本专利技术还提供如上所述有机太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：S1)超声清洗涂有ITO的玻璃基板并进行氧等离子体处理；S2)在步骤S1)制备的ITO玻璃基板上旋涂PEDOT：PSS，旋涂完成后进行烘烤；S3)在步骤S2)制备的材料上旋涂活性层，完成后任选地进行热退火处理；S4)在步骤S3)制备的活性层上旋涂PDINO；S5)将铝热蒸发到步骤S4)制备的基板上。根据本专利技术的实施方案，步骤S2)的烘烤温度为130～170℃。根据本专利技术的实施方案，步骤S3)的操作在惰性气体氛围中进行。根据本专利技术的实施方案，步骤S3)中活性层的制备过程为：将式I所示的喹喔啉衍生物和PBDB-TF聚合物给体溶于氯仿溶液中，混合后旋涂在步骤S2)制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.如下式I所示的喹喔啉衍生物，

【技术特征摘要】
1.如下式I所示的喹喔啉衍生物，其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6相同或不同，彼此独立地选自H、无取代或任选被一个、两个或更多个Rs取代的如下基团：烷基、环烷基、杂环基；X1、X2、X3、X4相同或不同，彼此独立地选自卤素或卤代烷基；Z1、Z2相同或不同，彼此独立地选自O或S；Rs选自卤素、羟基、巯基、氰基、硝基、烷基、环烷基、杂环基。2.根据权利要求1所述的喹喔啉衍生物，其特征在于，所述R1、R2、R3、R4、R5、R6相同或不同，彼此独立地选自H、无取代或任选被一个、两个或更多个Rs取代的C1-12烷基；X1、X2、X3、X4相同或不同，彼此独立地选自氟或氯；Z1、Z2选自O；Rs选自卤素或C1-12烷基。3.根据权利要求1所述的喹喔啉衍生物，其特征在于，式I所示的喹喔啉衍生物选自如下化合物：其中，EH＝2-乙基己基。4.权利要求1-3任一项所述喹喔啉衍生物的制备方法，其特征在于，包括：化合物I-A与化合物I-B、化合物I-C反应得到化合物I；R1、R2、R3、R4、R5、R6、X1、X2、X3、X4、Z1、Z2具有权利要求1-3任一项所述的定义。5.权利要求1-3任一项所述的喹喔啉衍生物在制备有机太阳能电池中的用途。6.一种有机太阳能电池，其包括权利要求1-3任一项所述的喹喔啉衍生物。7.根据权利要求6所述的有机太阳能电池，其特征在于，所述有机太阳能电池的活性层中包括权利要求1-3任一项所述喹喔啉衍生...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓张，刘文睿，许胜杰，周子春，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11