[发明专利]有机功能化非聚集酞菁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种基于酞菁的小分子有机太阳能电池材料的制备。 

背景技术

酞菁环可与70多种元素进行络合，酞菁周围的四个苯环上的氢原子可以被多种原子或基团取代。这些特点使得酞菁类化合物具有(1)优异的热、化学稳定性(2)长的激子扩散长度(Lex)(3)独特的吸收带，一个在600～800nm的可见光区(称为Q带)，另一个大约在300～400nm的近紫外区(称为B带)(4)高的空穴迁移率等特点。其应用由最初的颜料和染料扩展到电致发光器件、化学传感器中的灵敏器件、有机太阳能电池材料、有机光导体、非线性光学材料、光动力学疗法中的光敏剂、燃料电池中的电催化材料、静电复印、液晶显示材料、电子照相材料、光记录介质、高迁移率材料等诸多领域，且其原料来源广泛、价格便宜，酞菁类化合物作为功能材料的研究已经引起研究者的普遍关注。尤其在光伏电池、传感器、信息显示和光动力治疗癌症等方面具有应用前景，成为国际学术界研究的热点。X.Li等人报道了一种酞菁锌ZnPcIm₄-PDI₄，材料从300-700nm都有很强的吸收，并发现分子内存在从外围的PDI到酞菁锌核的超快能量转移(J.Am.Chem.Soc.，2004；126：10810-10811)。2007年A.T.Pavel等报道了轴向螫合吡啶基的吡啶富勒烯超分子缔合体和酞菁锌制备成的有机太阳能电池。由于缔合的原因使得光致电荷分离变得容易，因而提高了电池的性能，光电转换效率达到1.5％(Chem.Mater.，2007；19：5363-5372)。Markus等人合成了轴向含有树枝状噻吩环的酞菁钌化合物RuPc(Py-nT)₂(n＝0，3，9，21)和RuPcCOPy-nT(n＝0，3，9，21)，引入新颖的树枝状噻吩单元不仅增强了材料的溶解性，同时改善了380～550nm之间的吸收，得到的太阳能电池转换效率达1.6％(J.Am.Chem.Soc.，2009；131：8669-8676)。我们课题组通过向酞菁中引入吸收互补基团(TDA)的方法合成了一种金属酞菁材料，材料在常见的有机溶剂中都具有良好的溶解性，吸收覆盖了300-800nm的整个可见光区，转换效率达到0.42％(Soler Energy Mater & Soler Cells，2010；94(10)：1803-1808)。由于典型的金属酞菁材料溶解性很差，在制备器件时，活性层只能采用蒸镀的方法得到，工艺方法相对于溶液加工方法复杂，条件苛刻，成本高，不利于实际应用。尽管研究者们已经合成出一些宽吸收且溶解性好的金属酞菁化合物，但由于酞菁易聚集依然限制了它的广泛应用；轴向取代虽然可以很好的抑制酞菁的堆积，但合成较困难，原料成本高，不利于商业化应用并且吸收光谱未能覆盖整个可见光区，所以获得一类基于酞菁且具有宽吸收光谱、无堆积、可溶液加工的小分子太阳能电 池材料的制备方法是十分必要的。 

发明内容

本发明的目的是提供一类基于酞菁的宽吸收有机太阳能电池材料的制备方法。 

本发明制备的太阳能电池材料是一种包含金属酞菁环和外围连有光活性基团且具有较大位阻，能在一定程度上抑制酞菁堆积的小分子化合物。利用分子内不同嵌段对应的吸收不同从而实现酞菁的宽吸收，利用酞菁外围取代基团的位阻来抑制酞菁环间的聚集，从而获得一类基于酞菁且具有宽吸收光谱、无堆积、可溶的小分子太阳能电池材料的制备方法。 

本发明制备的太阳能电池材料具有以下通式： 

β位取代       α位取代