[发明专利]基于三苯胺-噻唑的D-A-D共轭分子及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一类基于三苯胺为给体(D)，连二噻唑或并二噻唑为受体(A)的D-A-D共轭分子及其制备方法，以及该类分子作为活性层给体材料在有机太阳能电池(OPV)中的应用。

背景技术

有机半导体材料由于其良好的光学及电学性能，已经成为有机电子学研究的重要内容，用它们制成的器件与传统的无机半导体器件相比，具有如下几个优点：低成本、柔性、重量轻、可大面积制备等。基于这些优点，人们对有机电子学的研究抱有极大的兴趣。近年来，有机太阳能电池(OPV)的研究发展非常迅速，为使有机活性层材料的吸收光谱与太阳发射光谱相匹配，实现较高的光电转换效率，人们通过研究分析已经设计合成出大量的太阳能电池材料，包括聚合物材料(X.Zhan，D.Zhu，“Conjugated Polymers for High-Efficiency Organic Photovoltaics”，Polym.Chem.，2010，1，409；Y.Shirota，H.Kageyama，“Charge Carrier Transporting Molecular Materials and Their Applications in Devices”，Chem.Rev.，2007，107，953；S.Günes，H.Neugebauer，N.S.Sariciftci，“Conjugated Polymer-Based Organic Solar Cells”，Chem.Rev.，2007，107，1324；J.Chen，Y.Cao，“Development of Novel Conjugated Donor Polymers for High-Efficiency Bulk-Heterojunction Photovoltaic Devices”，Acc.Chem.Res.，2009，42，1709；B.C.Thompson，J.M.J.Fréchet，“Polymer-Fullerene Composite Solar Cells”，Angew.Chem.Int.Ed.，2008，47，58；J.Hou，H-Y.Chen，S.Zhang，G.Li，Y.Yang，“Synthesis，Characterization，and Photovoltaic Properties of a Low Band  Gap Polymer Based on Silole-Containing Polythiophenes and 2，1，3-Benzothiadiazole”，J.Am.Chem.Soc.2008，130，16144；D.Mühlbacher，M.Scharber，M.Morana，Z.Zhu，D.Waller，R.Gaudiana，C.Brabec，“High Photovoltaic Performance of a Low-Bandgap Polymer”，Adv.Mater.2006，18，2884；H-Y.Chen，J.Hou，S.Zhang，Y.Liang，G.Yang，Y.Yang，L.Yu，Y.Wu，G.Li，“Polymer solar cells with enhanced open-circuit voltage and efficiency”，Nature Photonics，2009，3，649.)及小分子材料(H.Shang，H.Fan，Y.Liu，W.Hu，Y.Li，X.Zhan，“A Solution-Processable Star-Shaped Molecule for High-Performance Organic Solar Cells”，Adv.Mater.，2011，23，1554；B.Walker，A.B.Tamayo，X.Dang，P.Zalar，J.H.Seo，A.Garcia，M.Tantiwiwat，T.Nguyen，“Nanoscale Phase Separation and High Photovoltaic Efficiency in Solution-Processed，Small-Molecule Bulk Heterojunction Solar Cells”，Adv.Funct.Mater.，2009，19，3063；S.Roquet，A.Cravino，P.Leriche，O.P.Frère，J.Roncali，“Triphenylamine-Thienylenevinylene Hybrid Systems with Internal Charge Transfer as Donor Materials for Heterojunction Solar Cells”，J.Am.Chem.Soc.，2006，128，3459；A.Cravino，S.Roquet，P.Leriche，O.P.Frère，J.Roncali，“A star-shaped triphenylamine π-conjugated system with internal charge-transfer as donor material for hetero-junction solar cells”，Chem.Commun.，2006，1416；H.Shang，H.Fan，Q.Shi，S.Li，Y.Li，X.Zhan，“Solution Processable D-A-D Molecules for Efficient Organic Solar Cells”，Sol.Energy Mater.Sol.Cells，2010，94，457；H.Fan，H.Shang，Y.Li，X.Zhan，“Efficiency enhancement in small molecule bulk heterojunction organic solar cells via additive”，Appl.Phys.Lett.，2010，97，133302；A.W.Hains，Z.Liang，M.A.Woodhouse，B.A.Gregg，“Molecular semiconductors in organic photovoltaic cells”，Chem.Rev.，2010，110，6689；J.Roncali，“Molecular bulk heterojunctions：an emerging approach to organic solar cells”，Acc.Chem.Res.，2009，42，1719；B.Walker，C.Kim，T.-Q.Nguyen，“Small molecule solution-processed bulk heterojunction solar cells”，Chem.Mater.，2011，23，470)，其中聚合物材料吸收太阳光的范围相对较宽，其光伏器件的光电转换效率较高，但是由于聚合物材料分子结构和分子量不能完全确定，所以在合成时重复性较差，而且不易提纯。而小分子材料光伏器件的光电转换效率虽然目前较聚合物低，但由于小分子具有确定的分子结构，易提纯，批次稳定性好，所以研究越来越广泛。