一种有机电子受体材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种有机电子受体材料及其制备方法与应用，该材料以苯并三噻吩给电子基团为中心核单元，引达省并二噻吩稠环结构为臂单元，稠环结构上采用侧链结构修饰，并在端基使用3

【技术实现步骤摘要】
一种有机电子受体材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于光电材料和应用
，具体涉及到一种有机电子受体材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]非富勒烯受体由于其可调的吸收光谱和能级、良好的化学稳定性和光稳定性以及与给体良好的相容性以形成合适的形貌而取得了巨大的成就。大部分高性能小分子非富勒烯电子受体具有由一个给电子核心单元和两个缺电子封端基团(A
‑
D
‑
A型)组成的线性结构，如ITIC、IDTBR和Y6。然而，控制分子堆积方向是小分子非富勒烯电子受体的一个限制，因为它们倾向于根据化学结构和加工条件呈现正面取向或侧面取向。
[0003]随着A
‑
D
‑
A型小分子非富勒烯电子受体设计策略的出现，星形分子也被引入到活性层中，星形材料由于其扩展的维度能够有效地收集光，这有利于改善有机太阳能电池中的光电流。此外，这种星形设计具有增强的平面性在衬底上呈现面朝上定向堆积，这有助于以增强的电荷迁移率在垂直方向上传输电荷。有机半导体的堆积特性通常被描述为具有H
‑
/J
‑
型聚集，这取决于相邻分子之间跃迁偶极矩的相对排列。在H
‑
聚集体中，分子以共面构型堆叠，具有高色移吸收带，而J
‑
聚集体具有交错构型，具有深色移吸收带。聚集类型可以通过所用烷基链的位置和类型、主链的化学结构和所用的加工方法来控制，所有这些都对所制造器件的光电性能和光伏性能有很大影响。烷基取代对于调节分子内相互作用、分子堆积和电荷传输特性非常重要。侧链工程策略可以微调分子特性，从而改善器件性能，侧链的改变包括对称性，尺寸和长度的变化，可以极大地影响小分子电子受体材料的分子间相互作用和结晶特性。然而，与对线型非富勒烯电子受体材料的广泛研究相比，对星形非富勒烯电子受体材料尚未得到优化。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种有机电子受体材料及其制备方法与应用，可以使用溶液加工采用旋涂、丝网印刷或喷墨打印的方法制备正置器件结构以及倒置器件结构的有机太阳能电池器件，也可以用于采用串联的方式制备大面积叠层有机太阳能电池器件。通过引入侧链结构，不仅使星形非富勒烯电子受体材料具有非富勒烯的一般优势，如光吸收强、能级可调、溶解性好和形态稳定性高等，还具有富勒烯材料高的电子迁移率和各向同性的电荷传输特性。此外，其三维几何结构有利于分子内电荷转移，这将降低能隙(Eg)和扩大吸收范围。而且多维分子结构也能有效抑制过度聚集，有利于激子解离。通过在星形非富勒烯电子受体材料体系中引入侧链结构，克服了材料分子间相
互作用、分子堆积和电荷传输特性难以调节的技术问题。
[0007]本专利技术有益效果：
[0008]本专利技术提供一种有机电子受体材料，该材料以苯并三噻吩给电子基团为中心核单元，引达省并二噻吩稠环结构为臂单元，稠环结构上采用侧链结构进行修饰，并在端基使用3
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(二氰基亚甲基)靛酮基团及其衍生物进行封端，而得到侧链结构星形非富勒烯电子受体材料。通过邬尔
‑
齐格勒反应、维尔斯麦尔
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哈克反应、Suzuki反应等一系列过程合成此类材料，该材料具有合成过程成熟易控、合成产物容易分离提纯、合成产率高等优势。该侧链结构星形非富勒烯电子受体材料具有非富勒烯的一般优势，如光吸收强、能级可调、溶解性好和形态稳定性高等，还具有富勒烯材料高的电子迁移率和各向同性的电荷传输特性。此外，它的三维几何结构有利于分子内电荷转移，这将降低能隙(Eg)和扩大吸收范围。而且多维分子结构也能有效抑制过度聚集，有利于激子解离。特别地，其采用侧链修饰策略可以微调分子特性，调节烷基链的位置和类型、主链的化学结构可以有效改善星形非富勒烯受体材料的聚集，可以显著调节分子内相互作用、分子堆积和电荷传输特性，从而改善器件性能。此外，侧链结构也赋予材料优异的溶解性和成膜性。该材料适用于旋涂、喷墨打印等加工方式，能与多种活性层给体材料进行有效的光谱互补吸收和能级匹配，从而形成高效的有机太阳能电池器件。另外，其可广泛应用于有机太阳能电池正置器件结构、倒置器件结构以及串联叠层器件结构中，并可实现有机太阳能电池大面积的印刷制备。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0010]图1为实施例1中的化合物S
‑
3的1H NMR谱图。
[0011]图2为实施例1中的化合物S
‑
3的13C NMR谱图。
[0012]图3为实施例1中的化合物S
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3的紫外可见光吸收光谱曲线。
[0013]图4为实施例1中的化合物S
‑
3应用于有机太阳能器件，其器件结构示意图。
[0014]图5为实施例1中S
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3化合物的制备过程图。
[0015]图6为实施例2中S
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10化合物的制备过程图。
[0016]图7为实施例3中S
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18化合物的制备过程图。
[0017]图8为实施例4中S
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30化合物的制备过程图。
[0018]图9为实施例5中S
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35化合物的制备过程图。
[0019]图10为实施例6中S
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42化合物的制备过程图。
[0020]图11为实施例7中S
‑
60化合物的制备过程图。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0022]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以
采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0023]其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0024]本实施例提供的非富勒烯电子受体材料可以是如下的结构：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机电子受体材料，其特征在于：该材料以苯并三噻吩给电子基团为中心核单元，引达省并二噻吩稠环结构为臂单元，稠环结构上采用侧链结构修饰，并在端基使用3
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(二氰基亚甲基)靛酮基团及其衍生物进行封端，得到一种有机电子受体材料，具有如下式Ⅰ所示的结构通式：其中，R分别为C1
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C30的伯烃基、苯基伯烃基、仲烃基、苯基仲烃基、叔烃基、苯基叔烃基、伯烃烷氧基、伯烃苯氧基、仲烃烷氧基、仲烃苯氧基、叔烃烷氧基、叔烃苯氧基、伯烃烷酯基、伯烃芳酯基、仲烃烷酯基、仲烃芳酯基、叔烃烷酯基、叔烃芳酯基、伯烃酰胺基、伯烃芳酰胺基、仲烃酰胺基、仲烃芳酰胺基、叔烃酰胺基、叔烃芳酰胺基、多支链烃基、多支链苯基烃基、多支链烃基烷氧基、多支链烃基苯氧基、多支链烷酯基、多支链芳酯基、多支链烃基酰胺基、多支链烃基芳酰胺基中的一种或几种；X为H、CH3、F、Cl、Br、I中的一种或两种组合。2.如权利要求1所述有机电子受体材料，其特征在于：该材料侧链结构R各自独立地选自以下式II结构中的一种或多种的组合：
式Ⅱ中，0≤n≤30或0≤m+a+b≤30或0≤m+a+b+c≤30，n，m，a，b，c分别为自然数；式Ⅱ中的任一种结构，都可以包含双键、三键的一种或两种，形成不饱和烃基，不饱和烃基中存在一个或者多个双键和三键；*为链接位点。3.如权利要求1所述有机电子受体材料，其特征在于：该材料包含但不限于下式
Ⅲ‑Ⅹ
XXXX
ⅩⅦ
结构中的任一种化合物：
4.如权利要求1～3中任一所述有机电子受体材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包含以下合成路线及合成步骤：
步骤(1)：将反应物(a)、反应物(b)和强氧化剂加入到密闭反应瓶中，再注入一定量的有机溶剂使其溶解，惰性气体保护环境中在一定温度条件下反应一段时间。得到的母液用有机溶剂和水萃取，再经干燥剂干燥，然后经减压蒸馏蒸出多余溶剂，并经硅胶色谱柱纯化，最后干燥得到化合物(c)；步骤(2)：将步骤(1)的产物化合物(c)加入到反应容器中并溶解于有机溶剂中，在黑暗条件下放入冰水混合物中搅拌。然后溶解于有机溶剂的(d)逐滴注射入反应容器中，惰性气体保护环境下在一定温度下反应一定时间，得到的母液用有机溶剂和水萃取，再经干燥剂干燥，然后经减压蒸馏蒸出多余溶剂，经硅胶色谱柱纯化，最后旋干得到化合物(e)；步骤(3)：将步骤(2)的产物化合物(e)、化合物(f)、四丁基溴化铵以及四三苯基膦钯加入到反应容器中并溶解在有机溶剂中，惰性气体保护环境下在在一定温度条件下反应一段时间，再经...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖文勇，张超，汪洋，李祥春，王倩，陈劲，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：