一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体及其制备方法与应用。通过苯并二噻吩二酮的侧链二维取代，偶联噻吩、二噻吩并环戊二烯等桥单元，并连接缺电子单元，得到相应的小分子受体材料。本发明专利技术所提供的具有很好的溶液加工性和自组装能力。可用于制作光电功能器件，包括有机光伏电池。包括有机光伏电池。包括有机光伏电池。

【技术实现步骤摘要】
一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种应用于光电子材料与器件领域的小分子，更具体 是涉及一种可用于太阳电池的新型一类基于二维侧链取代的苯并二 噻吩二酮的小分子受体。

技术介绍

[0002]有机太阳电池因其有望实现工业化生产，而备受研究者的关注。 在有机太阳电池中，其活性材料是决定电池效率的关键因素。活性层 的给体材料一般是共轭聚合物或者共轭小分子；而受体材料经历富勒 烯时代，迎来了非富勒烯时代。而稠环非富勒烯受体材料虽然性能较 为优异，但是合成步骤多，成本较高。本专利技术所提供的简单稠环非富 勒烯小分子受体材料，其合成复杂度和成本均较低，光伏性能和成本 方面都有着很好的工业前景。
[0003]特别地，苯并二噻吩二酮单元作为一种新型的缺电子单元，具有 良好的平面性，吸电子能力以及自组装性能，在最近几年受到了大家 的广泛关注，相关材料的光伏性能也发展的很快，许多高性能的D
‑
A 交替共聚物给体材料如PM6，PM7等就是以苯并二噻吩二酮为缺电子单 元制备的。除此之外，苯并二噻吩二酮单元在非富勒烯受体材料领域 也有着较好的性能表现。陈军武课题组通过引入苯并二噻吩二酮单元 作为简单稠环受体材料的中心核，制备了新型的非富勒烯受体BDDEH
‑
4F以及BDDBO
‑
4F。由于BDDEH
‑
4F分子内部存在的非共价键作用 保证了良好的平面性以及分子堆叠，有利于活性层材料实现良好的电 荷传输以及活性层形貌，最终在与PM6共混制备有机太阳能电池时， 实现良好的电池器件性能：开路电压为0.88伏特，短路电流为22.57 毫安每平方厘米，填充因子63.38％，能量转换效率12.59％。
[0004]对于有机太阳能电池的活性层材料而言，引入二维共轭的芳香基 侧链是一种重要的分子改性设计方法，对ITIC系列受体以及Y系列受 体的光伏性能提升都有积极作用。一般来说，引入体积较大的二维共 轭的芳香基侧链可以提高材料的能级，改善结晶性能以及活性层形貌， 从而有效地改善活性层内部的激子解离以及电荷传输性能，提高有机 太阳能电池的器件性能。同时，引入大体积的芳香侧链在一定程度上 有助于限制分子内部的扭转，抑制分子异构体产生，提高器件的填充 因子以及稳定性。但是总结苯并二噻吩二酮单元的相关化学改性设计 可以发现，目前针对苯并二噻吩二酮的改性设计主要是普通的烷基侧 链的改性，而二维共轭芳香基侧链目前还没有应用到苯并二噻吩二酮 单元上，本专利将填补这项空白。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对已有技术存在的不足，提供一类基于二维 侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体，具有良好的吸收和能级性 质，可用于制备制作高效光电功能器件。
[0006]本专利技术的目的还在于提供所述的一类基于二维侧链取代的苯并 二噻吩二酮的小
分子受体的绿色制备方法。
[0007]本专利技术的目的还在于提供所述的一类基于二维侧链取代的苯并 二噻吩二酮的小分子受体在有机光伏电池中的应用。
[0008]本专利技术的一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受 体具有如下所示的结构：
[0009][0010]其中，Ar1为苯环等给电子芳香环，Ar2为二噻吩并环戊二烯等 桥单元芳香环，Ar3为二睛基茚酮等缺电子芳香环。
[0011]所述的一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体 的制备方法是获得二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的关键原料后，与 不同电子桥单元偶联，继而连上缺电子单元所制备而成。
[0012]所使用的一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受 体结构如下：
[0013][0014]其中，Ar1为苯环等给电子芳香环，Ar2为二噻吩并环戊二烯等 桥单元芳香环，Ar3为二睛基茚酮等缺电子芳香环。
[0015]Ar1为：
[0016][0017]Ar2为：
[0018][0019]Ar3为：
[0020][0021]R1‑
R7为：C1‑
C
24
的烷基链(含支化侧链)，X选自：F，Cl,Br,I, CF3,CH3O,CH3；Y选自：F，Cl,Br,I,CF3,CH3O,CH
3。
[0022]一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体可应用 于制备有机光伏电池。由于本专利技术所提供的具有很好的溶液加工性和 自组装能力。可用于制作光电功能器件，包括有机光伏电池。
[0023]一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体的制备 方法，所述二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的制备方法是获得二维侧 链取代的苯并二噻吩二酮的小分子原料后，与不同电子桥单元偶联， 继而连上缺电子单元所制备而成。
[0024]上述方法中，二维侧链取代的苯并二噻吩二酮是在室温条件下通 过选择性傅克酰基化反应得到，反应采用惰性气氛，所述惰性气氛为 氩气或高纯氮气。
[0025]上述方法中，二维侧链取代的苯并二噻吩二酮和桥单元的偶联反 应，是在110℃下通过采用碳氢活化的直接芳香化偶联反应反应12 小时后得到的，反应采用惰性气氛，所
述惰性气氛为氩气或高纯氮气， 无需采用有毒的锡试剂，所采用反应方法具有高度绿色化学度。
[0026]上述方法中，在65℃下通过经典缩合反应与端基化合物反应得 到的，反应采用惰性气氛，所述惰性气氛为氩气或高纯氮气，高效绿 色制备含二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体材料，包括溴 代小分子材料(可用于聚合物材料制备)。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0028]本专利技术提供了新型的一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮 的小分子受体的制备方法，具有独创性，极大地丰富了用一类基于二 维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体材料，并且此类材料具备 绿色合成度高和绿色溶剂加工潜力，从而为这些材料在光电子器件应 用方面提供更多的材料选择和加工方法。另外，本专利技术提供的一类基 于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体，在光伏器件中具有 较高的光电转化效率，也有望通过Roll to Roll工艺实现工业化生产。
附图说明
[0029]图1为BDDPHC4
‑
4F核磁图；
[0030]图2为BDDPH
‑
4F核磁图；
[0031]图3为BDDPH
‑
4F溶液和薄膜吸收图；
[0032]图4为BDDPHC4
‑
4F电化学曲线；
[0033]图5为BDDPH
‑
4F电化学曲线图；
[0034]图6为器件电流
‑
电压曲线图。
具体实施方式
[0035]以下结合具体实施例来对一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩 二酮的小分子受体的制备以及专利技术中的小分子受体作为太阳电池光 学活性层的器件制备作进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体，其特征在于，具有如下化学结构式：其中，Ar1，Ar2，Ar3为芳香环或共轭单元。2.根据权利要求1所述一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体，其特征在于，所述Ar1为如下结构中的一种：Ar2为如下结构中的一种：Ar3为如下结构中的一种：
其中，R1‑
R7为：C1‑
C
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的烷基链；X选自：F，Cl,Br,I,CF3,CH3O,CH3；Y选自：F，Cl,Br,I,CF3,CH3O,CH3。3.根据权利要求1所述一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体，其特征在于，Ar1为苯环等给电子芳香环。4.根据权利要求1所述一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体，其特征在于，Ar2为二噻吩并环戊二烯等桥单元芳香环。5.根据权利要求1所述一类基于二维侧链取代的苯并二噻吩二酮的小分子受体，其特征在于，Ar3为二氰基茚酮等缺电子芳香环。6.制备权利要求1所述的一类基于二维侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连杰，邓燧楠，雷淑仪，罗文君，陈军武，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：