一种苯并三氮唑硼氮衍生物小分子材料及其在有机电子器件的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种苯并三氮唑硼氮衍生物小分子材料及其在有机电子器件的应用，该化合物是以带烷基链的苯并三氮唑作为中心核的n

【技术实现步骤摘要】
一种苯并三氮唑硼氮衍生物小分子材料及其在有机电子器件的应用


[0001]本专利技术涉及有机太阳能
，特别是涉及一种苯并三氮唑硼氮衍生物小分子材料及其在有机电子器件的应用。

技术介绍

[0002]随着能源问题的日益严重，在电力生产中以可持续能源代替化石燃料成为了解决能源问题的有效方式，太阳能因取之不尽、用之不竭等诸多优点而具有很大的发展前景。硅太阳能电池在全球范围内的装机容量正在迅速增加，但是新一代太阳能电池技术也有可能在不久的将来作为一种可持续技术逐渐成熟，也有助于这一转变。有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OPV)由于其半透明、柔性可卷曲，轻质便于携带以及颜色和形状可设计性，已经被深入研究多年并开始尝试于市场应用。近几年，随着研究人员使用新型非富勒烯受体材料将实验室电池效率提升到15％以上，采用成熟薄膜技术的大面积有机太阳能电池竞争力正在逐步提高，在未来很有可能会取代传统的硅基电池。但是从实验室到制造工厂的挑战，仍然是实现市场化的最大障碍。
[0003]现有技术公开了一种有机太阳能电池常用的受体材料Y6，其HOMO/LUMO能级较低，虽然文献中与常用的给体材料PM6混合制作器件也能获得相当高的效率，达15.7％，但电压损失仍然较大，影响了器件效率的进一步提升。因此，设计并合成稍高HOMO/LUMO值的非富勒烯受体材料，如何在能级上与给体材料更加匹配，降低活性层中载流子迁移势垒，减少器件电压损失，是一个值得研究的方向。为此，我们提出了一种苯并三氮唑硼氮衍生物小分子材料及其在有机电子器件的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述问题，通过巧妙的分子设计，引入苯并三氮唑结构取代常用的苯并噻二唑，合成了一系列具有合适HOMO/LUMO能级的受体材料，与常用给体材料能级更加匹配，降低电压损失；同时引入硼氮杂环，降低非辐射损失；通过质谱分析对它们的结构进行确认，并应用于有机电子器件。
[0005]具体技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种如通式(I)所示的苯并三氮唑硼氮衍生物：
[0007][0008]其中，
[0009]R、R1和R2独立选自C1～C20的烷基；
[0010]X1和X2独立的选自以下基团中的任意一种：
[0011][0012][0013]其中，
[0014]R3为氢、卤素或C1～C5烷基。
[0015]优选地，所述R1和R2独立选自C6～C12烷基链。
[0016]进一步地，所述R3为氢、氟、氯、溴、碘或甲基。
[0017]一种如权利要求1任一项所述的化合物在有机电子器件中的应用。
[0018]一种有机电子器件，包含一种如权利要求1任一项所述的化合物。
[0019]进一步地，所述有机电子器件可选于有机光伏电池(OPV)、有机光电探测器(OPD)、有机发光二极管(OLED)、有机发光电池(OLEEC)、有机场效应管(OFET)、有机发光场效应管、有机激光器，有机自旋电子器件，有机传感器及有机等离激元发射二极管(Organic Plasmon Emitting Diode)。
[0020]优选地，有机电子器件是一种太阳能电池器件，其至少包含有一活性层，所述的活性层包含有至少一种如上所述的化合物。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0022]一、一种苯并三氮唑硼氮衍生物，具有吸收波长位于长波长的红外吸收，其吸收光
谱表现为具有宽的吸收范围，且具有高光电转化效率；
[0023]二、三氮唑具有相对偏小的电离能，相应的苯并三氮唑衍生物具有稍高的HOMO/LUMO能级，与给体材料能级更加匹配，制备得到的有机太阳能电池元件具有高的开路电压；
[0024]三、硼与氮具有相反的共振效应，相应的硼
‑
氮稠环化合物可提高分子三重态能级，但不影响其堆积成膜，降低复合损失，有效提高电池效率；苯并三氮唑硼氮衍生物制备得到的有机太阳能电池元件具有高的光电转化效率、长的器件寿命。
附图说明
[0025]图1是按照本专利技术的一种优先的太阳能电池器件结构图。
[0026]图中101、基板；102、阳极；103、空穴传输层(HTL)，104、活性层，105、电子传输层(ETL)，106、阴极。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0028]实施例1：化合物1的合成
[0029][0030]向500mL二口瓶中加入1
‑
1(6.44g，6mmol)，1
‑
2(3.86g，20mmol)以及5mL吡啶，然后抽通氩气三次，在氩气保护下加入250mL氯仿，在65℃反应24小时。冷却至室温，二氯甲烷萃取三次，合并有机相，干燥过滤并加硅胶旋干，柱层析(正己烷：二氯甲烷＝3:1)分离纯化，得紫色粉末3.84g，产率45％。MS(EI)m/z:[M]+:1423.56.
[0031]实施例2：化合物2的合成
[0032][0033]将1
‑
1(5.37g,5mmol),1
‑
3(3.91g,16mmol)以及5mL吡啶加入500mL两口瓶，然后抽通氩气三次，在氩气保护下加入300mL氯仿，在65℃反应24小时。冷却至室温，二氯甲烷萃取三次，合并有机相，干燥过滤并加硅胶旋干，柱层析(正己烷：二氯甲烷＝3:1)分离纯化，得紫色粉末2.98g，产率39％。MS(EI)m/z:[M]+:1526.62.
[0034]实施例3：化合物3的合成
[0035][0036]将1
‑
1(6.44g,6mmol),1
‑
4(4.57g,20mmol)以及5mL吡啶加入500mL两口瓶，然后抽通氩气三次，在氩气保护下加入300mL氯仿，在65℃反应24小时。冷却至室温，二氯甲烷萃取三次，合并有机相，干燥过滤并加硅胶旋干，柱层析(正己烷：二氯甲烷＝3:1)分离纯化，得紫色粉末3.32g，产率37％。MS(EI)m/z:[M]+:1493.56.
[0037]对比例：稠环苯并噻二唑基非富勒烯受体材料(Y6)的合成
[0038][0039]在250ml圆底烧瓶中，将化合物2
‑
1(0.154g,0.15mmol)和2
‑
2(0.345g,1.50mmol)溶于45ml氯仿中，加入1ml吡啶，混合液在氩气保护下回流反应12小时，冷却至室温，倒入200ml无水甲醇中，抽滤得到粗产物，用硅胶柱层析分离提纯，得到深蓝色固体0.140g,产率64.3％。MS(EI)m/z:[M]+:1450.54.
[0040]有机太阳能电池器件的制备与表征
[0041]OPV器件制备采用商业化的给体聚合物PM6、PFNBr材料：
[0042][0043本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种如通式(I)所示的苯并三氮唑硼氮衍生物：其中，R、R1和R2独立选自C1～C
20
的烷基；X1和X2独立的选自以下基团中的任意一种：其中，R3为氢、卤素或C1～C5烷基。2.根据权利要求1所述的一种苯并三氮唑硼氮衍生物，其特征在于：所述R1和R2独立选自C6～C12烷基链。3.根据权利要求1所述的一种苯并三氮唑硼氮衍生物，其特征在于：所述R3为氢、氟、氯、溴、碘或甲基。4.一种如权利要求1任一项所述的化合物在有机电子器件中的应用。5.一种有机电子器件，包含一种如权利要求1任一项所述的化合物。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡光，王子鸣，赵洁仪，陈宇，刘佳浩，梁元基，张开龙，胡伟伟，孔亚州，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：