一种受体材料及其合成方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种受体材料及其合成方法和应用，其中受体材料的合成方法包括S1.将式I所示化合物和LiAlH4反应，得式II所示化合物；S2.将式II所示化合物和1,10

【技术实现步骤摘要】
一种受体材料及其合成方法和应用


[0001]本专利技术涉及有机光电
，尤其是涉及一种受体材料及其合成方法和应用。

技术介绍

[0002]有机光伏电池（简称OPV）可将太阳能转化为电能，且具有质轻、颜色可调和可卷对卷打印生产等优点，因此制备价廉、高效、大面积的OPV一直是人们追求的目标，在全球学术界和工业界受到广泛的关注。
[0003]随着高效光伏材料和诸如界面工程、溶剂工程和添加剂工程等技术的迭代升级，聚合物给体和非富勒烯小分子受体(SMAs)的体异质结(BHJ)OPV在降低成本和提高效率方面表现出很大的潜力。虽然OPV有着巨大潜力，但要实现其大规模的商业化应用，仍有数个关键的问题需要攻克：首先目前高效率OPV的有效面积均小于1cm2，远不能满足光伏模组商业化的需求，其次在影响大面积OPV的光电转化效率（简称PCE）的几项因素中，OPV的填充因子（简称FF）对电池中电荷的产生、传输和收集的能力的影响尤为明显，而大面积OPV的FF通常较低，同时大面积OPV的开路电压也较低，限制了OPV光电转化效率的提升。为提升大面积OPV的综合性能，有技术通过光吸收互补和能级匹配等策略提升体异质结(BHJ)型大面积OPV的PCE。但是相较于其他类型的大面积光伏电池，大面积OPV器件的FF仍然较低，不能使器件能量转换效率进一步提升。
[0004]而限制大面积OPV的FF、开路电压和PCE的因素包括活性层中的给体和受体选择，以及受体和给体间的匹配性。
[0005]因此，开发一种可提升大面积OPV开路电压的受体，并制备包括该受体的OPV电池，是提升OPV的FF和PCE的重要突破口。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种受体材料，能够有效提高包括该受体材料的OPV的开路电压和光电转化效率。
[0007]本专利技术还提供了上述受体材料的合成方法。
[0008]本专利技术还提供了包括上述受体材料的有机光伏电池。
[0009]本专利技术还提供了上述有机光伏电池的制备方法。
[0010]根据本专利技术第一方面的实施例，提出了一种受体材料（简称DTP
‑
4X），所述受体材料包括如下式所示的结构：
；R为卤素原子；R1‑1和R1‑2选自C2~C4烷基中的一种；R2为C
10
~C
12
烷基。
[0011]根据本专利技术实施例的受体材料，至少具有如下有益效果：本专利技术提供受体材料与传统的给体相配合形成的活性层，在紫外
‑
可见区域(600
‑
900nm)具有更强的吸收，且与常见给体的LUMO能级差更小，匹配度更优，有利于调控活性层的微观膜形貌，从而有望有效提高大面积有机光伏电池器件的能量转换效率。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述受体材料中R为氯原子或氟原子。
[0013]当式I中R为氯原子时，所述受体材料简称DTP
‑
4Cl。
[0014]当式I中R为氟原子时，所述受体材料简称DTP
‑
4F。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述受体材料中，R2为C
11
烷基，即为
‑
C
11
H
23
。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述受体材料中，R1‑1为C4烷基，即为
‑
C4H9。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述受体材料中，R1‑2为C2烷基，即为
‑
C2H5。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述受体材料的结构式为：。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述受体材料的颜色为蓝色。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述受体材料的状态为固体。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，所述受体材料的HOMO能级约为
‑
5.66eV。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述受体材料的LUMO能级约为
‑
3.98eV。
[0023]根据本专利技术第二方面的实施例，提出了一种所述受体材料的合成方法，所述合成方法包括以下步骤：S1.将式I所示化合物和LiAlH4（CAS：16853
‑
85
‑
3）反应，得式II所示化合物；S2.将式II所示化合物和1,10
‑
菲啰啉
‑
5,6
‑
二酮（CAS：27318
‑
90
‑
7）反应得式III所示化合物；S3.将式III所示化合物和三氯氧磷（CAS：10025
‑
87
‑
3）、N, N
‑
二甲基甲酰胺（CAS: 68
‑
12
‑
2）反应，得式IV所示化合物；S4.将式IV所示化合物和5,6
‑
二卤
‑3‑
(二氰基亚甲基)靛酮反应即得；、、、；其中R1表示。
[0024]根据本专利技术实施例的合成方法，至少具有如下有益效果：本专利技术提供的合成方法，反应条件温和，操作简单，制备溶剂包括环保溶剂，易实现扩大化生产，可有效降低所述受体材料以及包括所述受体材料的有机光伏电池的生产成本。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，式I所示化合物和LiAlH4的摩尔比为1：2.5~3.5，例如具体可以是约1:3。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中反应的温度为室温。例如具体可以是15~40℃。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中反应的持续时长为10~14h，例如具体可以是约12h。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中的反应在有机溶剂中进行。采用的有机溶剂具体可以是THF（四氢呋喃，CAS：109
‑
99
‑
9）。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1的反应体系中，式I所示化合物的加料浓度为：0.05~1mol/L。例如具体可以是约0.051 mol/L。
[0030]若无特殊说明，本专利技术中的加料浓度指假定不发生反应时的浓度。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1的反应在保护气氛中进行。所述保护气氛包括氮气和惰性气体中的至少一种。
[0032]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，还包括在反应结束后去溶剂。所述去溶剂的方法包括旋蒸。
[0033]根据本专利技术的一些实施例，步骤S2中的1,10
‑
菲啰啉
‑
5,6
‑
二酮和步骤S1中式I所示化合物的物质的量之比为1：2~2.5。例如具体可以是约1:2。
[0034]根据本专利技术的一些实施例，步骤S2的反应在醋酸的环境中进行。所述1,10
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受体材料，其特征在于，所述受体材料包括如下式所示的结构：；R为卤素原子；R1‑1和R1‑2选自C2~C4烷基中的一种；R2为C
10
~C
12
烷基。2.一种如权利要求1所述受体材料的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括以下步骤：S1.将式I所示化合物和LiAlH4反应，得式II所示化合物；S2.将式II所示化合物和1,10
‑
菲啰啉
‑
5,6
‑
二酮反应得式III所示化合物；S3.将式III所示化合物和三氯氧磷、N, N
‑
二甲基甲酰胺反应，得式IV所示化合物；S4.将式IV所示化合物和5,6
‑
二卤
‑3‑
(二氰基亚甲基)靛酮反应即得；、、、；
其中R1表示。3.一种有机光伏电池，其特征在于，所述有机光伏电池包括依次叠加设置的第一电极、空穴传输层、活性层、电子传输层和第二电极；所述活性层中包括给体PM6、如权利要求1所述的受体材料和受体L8
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王行柱，刘志鑫，徐保民，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：