一类A-D-D制造技术

本发明专利技术属于有机光伏技术领域，特别涉及一类A

【技术实现步骤摘要】
一类A
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D
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D
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A型非对称有机光伏受体材料及其应用


[0001]本专利技术属于有机光伏
，具体涉及一类结构简单、基于A
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D
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D
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A型非对称有机光伏受体材料及其在有机太阳能电池中的应用。

技术介绍

[0002]简单稠环类小分子受体材料(稠环数≤3)在有机太阳能电池中的发展明显滞后于大稠环类小分子受体材料(稠环数＞3)。此类材料的报道大多为具有对称结构的A
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D
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C
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D
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A型小分子，其中D单元主要为二噻吩并环戊二烯(DTC)。到目前为止，基于这类受体材料与PBDB
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T，PM6或J52等聚合物给体混合时的二元太阳能电池器件效率通常为10
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14％。但由于含DTC单元的化合物成本较高，光稳定性较差，以及中心核(以碳
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碳单键相连的C单元)的存在容易对光伏性能造成不利的影响(H
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聚集和电子迁移率降低)。
[0003]茚并噻吩具有共平面性和良好的稳定性，但由非对称的结构简单的茚并噻吩单元，构建结构简单的小分子受体研究甚少，因此，如何利用不对称的茚并噻吩结构单元构筑高效的、结构简单的稠环类小分子受体材料是小分子受体材料前沿研究的重要课题。

技术实现思路

[0004]针对目前结构简单的小分子光伏受体材料存在能量转换效率低和E/>loss
较大等关键问题，本专利技术提供一类结构简单的A
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D
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D
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A型的非对称小分子受体材料。
[0005]本专利技术通过非共价键构型锁的平面分子设计策略，合成了一类结构简单的非对称A
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D
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A型窄带隙小分子受体材料。这类小分子受体材料是将烷氧基引入茚并噻吩的苯环上，再与DTC的噻吩环形成非共价键构象锁，在保证材料溶解性的同时，可进行能级和带隙微调，并促进其冷结晶，进而调控材料的光物理、电化学以及聚集行为，从而改善其光伏器件的性能。由于苯环衍生物来源广泛，可同时引入多种官能团。因此，这类非对称A
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D
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D
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A型小分子受体材料对于发展低成本、高效的有机太阳能电池具有重大意义。
[0006]本专利技术提供的基于烷氧基茚并噻吩的A
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D
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D
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A型小分子受体材料具有以下通式1所示结构：
[0007][0008]其中，R1，R2，R3分别是原子数为C1～C
20
的直链或含支链的烷基；
[0009]X为H，F，Cl原子。
[0010]A
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D
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D
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A型小分子受体材料SM1
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4为式2所示结构：
[0011][0012]本专利技术的烷氧基茚并噻吩是由2
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溴
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甲氧基苯甲酸经过酯化反应、suzuki偶联反应、傅克酰基化反应、黄鸣龙还原反应等经典反应制得。
[0013]本专利技术的应用在于：将设计合成的非对称A
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D
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D
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A型有机小分子材料作为近红外吸收剂用于光活性层中，制作二元或三元有机太阳电池器件。
[0014]所述的有机太阳电池器件包括氧化锡铟(ITO)导电玻璃、阳极、阳极修饰层、光活性层、阴极修饰层、阴极。活性层材料采用本专利技术所述的小分子受体材料与商品化的聚合物给体材料(例如PM6)共混(二者共混的质量比为1:1.5)，以1
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氯萘作为溶剂添加剂，先后通过热退火和CS2蒸汽退火，实现基于简单、高效小分子受体的有机太阳能电池的制备。
[0015]本专利技术提供的光伏受体材料为仅含简单稠环单元的A
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D
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D
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A型小分子。与当前报道的小分子受体材料相比较，这类小分子受体材料具有以下特点：(1)相比结构复杂的大稠环小分子受体，分子结构大大简化；(2)不对称的D
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D
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单元之间通过非共价键构象锁，保持分子骨架的共面性；(3)与A
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D
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C
‑
D
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A型对称小分子受体相比，主要优势在于减少了单元之间的C
‑
C单键，有利于扩大π电子的离域范围；(4)不对称结构在给/受体的能级匹配方面有一定优势，更容易达到开路电压和短路电流的平衡；(5)此类小分子受体同时具有合成简单化和结构多样化的特点。
附图说明：
[0016]图1.1和1.2为本专利技术小分子受体材料的紫外
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可见吸收光谱。
[0017]图2为本专利技术小分子受体材料的循环伏安曲线。
[0018]图3为本专利技术PM6:SM4有机太阳电池器件的J
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V曲线。
[0019]图4为为本专利技术PM6:SM4有机太阳电池器件的EQE曲线。
具体实施方式
[0020]以下具体实施案例旨在对本专利技术进一步说明，但这些具体实施方案不以任何方式限制本专利技术的保护范围。
[0021]实施例1
[0022]基于烷氧基茚并噻吩的A
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D
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D
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A型小分子受体材料的合成。
[0023]SM1的合成路线如下:
[0024][0025]1.1化合物1的合成
[0026]在250mL单口瓶中，加入2
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溴
‑4‑
甲氧基苯甲酸(25.0g,108mmol)和无水甲醇(120mL)。置于室温下搅拌并缓慢滴加浓硫酸(30mL)，升温至80℃反应5h，停止反应，冷却后将反应液倒入300mL水中，经二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥后，减压蒸馏去除有机溶剂，烘干得油状液体为化合物1(26.1g，产率为98％)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.86(d,J＝8.8Hz,1H),7.20(s,1H),6.86(d,J＝8.8Hz,1H),3.90(s,3H),3.85(s,3H)。
[0027]1.2化合物2的合成
[0028]在250mL单口瓶中，依次加入化合物1(12.2g,50.0mmol)、2
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噻吩硼酸频哪醇酯(12.1g，65mmol)、Pd(dppf)Cl2(0.300g，0.401mmol)、CuI(0.10g)、30％K2CO3(30mL，65mmol)、乙醇(20mL)和THF(80mL)。在氮气保护和80℃下反应6h后，升温至140℃，蒸除有机溶剂，冷却后加入30％NaOH(30mL)和1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类A
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A型非对称有机光伏受体材料，其特征在于，所述非对称有机光伏受体材料具有下式1所示的结构：其中，R1，R2，R3分别是原子数为C1～C
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的直链或含支链的烷基；X为H，F，Cl原子。2.根据权利要求1所述的A
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A型非对称有机光伏受体材料，其特征在于，所述A
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A型非对称有机光伏受体材料具有下式2所示的结构：3.根据权利要求1所述的A
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A型非对称有机光伏受体材料的应用，其特征在于，所述A
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A型非对称有机光伏受体材料应用于有机太阳能电池光活性层。4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱卫国，朱佳宁，谭华，邵正勇，朱梦冰，王峻峰，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：