[发明专利]可溶液加工两维共轭有机分子光伏材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可溶液加工两维共轭有机分子光伏材料及其制备方法与应用。

背景技术

1986年，柯达公司邓青云博士使用酞菁铜为给体(D)、苝为受体(A)制备了具有D/A异质结双层结构的有机光伏器件（C.W.Tang,Appl.Phys.Lett.,1986,48:183-185.），在模拟太阳光下能量转换效率接近1%。1995年黑格研究组的俞钢等发明了可溶液加工的共轭聚合物／可溶性C₆₀衍生物共混型“本体异质结”（bulk heterojunction）聚合物太阳能电池(G.Yu J.Gao J.C.Hummelen,F.Wudl,A.J.Heeger,Science,1995,270：1789-1791.)。本体异质结型太阳能电池简化了制备工艺、通过扩大给受体界面面积和缩短激子传输距离提高了能量转换效率，因而后来的有机聚合物太阳能电池研究主要都是采用本体异质结结构。

最近几年，可溶液加工的有机小分子太阳能电池因为同时具有聚合物太阳能电池制备工艺简单、成本低、重量轻、可制备成柔性器件，以及有机分子结构确定、纯度高和器件性能容易重复的优点而受到广泛关注（Y.Z.Lin,Y.F.Li,X.W.Zhan,Chem.Soc.Rev.,2012,41,4245-4272.）。在可溶液加工有机分子光伏材料中，含三苯胺的分子由于优良的溶解性而受到格外重视（(a)C.He,Q.G.He,Y.P.Yi,G.L.Wu,F.L.Bai,Z.G.Shuai,Y.F.Li,J.Mater.Chem.2008,18,4085-4090.(b)J.Zhang,Y.Yang,C.He,Y.J.He,G.J.Zhao,Y.F.Li,Macromolecules,2009,42,7619-7622.(c)J.Zhang,D.Deng,C.He,Y.J.He,M.J.Zhang,Z.-G.Zhang,Z.J.Zhang,Y.F.Li,Chem.Mater.,2011,23,817-822.(d)H.X.Shang,H.J.Fan,Y.Liu,W.P.Hu,Y.F.Li,X.W.Zhan,Adv.Mater.,2011,23,1554–1557.）。但是，由于三苯胺的非平面性，分子之间的相互作用较弱，导致较低的空穴迁移率和较低的光伏器件填充因子，从而限制了光伏器件的效率。最近，受平面性D-A共聚物给体光伏材料的启发，平面性可溶液加工有机分子引起注意，并且基于这类可溶液加工有机分子太阳能电池的效率已达到5－6％（(a)Y.Liu,X.Wan,F.Wang,J.Zhou,G.Long,J.Tian,J.You,Y.Yang and Y.Chen,Adv.Energy Mater.,2011,1,771.(b)Y.Liu,X.Wan,F.Wang,J.Zhou,G.Long,J.Tian and Y.Chen,Adv.Mater.,2011,23,5387.(c)Y.Sun,G.C.Welch,W.L.Leong,C.J.Takacs,G.C.Bazan and A.J.Heeger,Nat.Mater.,2012,11,44.）。

带噻吩支链的二维共轭苯并二噻吩已被证明是构成高效聚合物给体光伏材料的重要的结构单元（(a)L.J.Huo,S.Q.Zhang,X.Guo,F.Xu,Y.F.Li,J.H.Hou,Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,9697-9702.(b)Y.Huang,X.Guo,F.Liu,L.J.Huo,Y.M.Chen,T.P.Russell,C.C.Han,Y.F.Li,J.H.Hou,Adv.Mater.2012,24,3383–3389.），这一结构单元具有大的π共平面结构、强的给电子能力和好的空气稳定性等。本发明将这种两维共轭苯并二噻吩单元引入到可溶液加工有机分子光伏材料中，制备了高效可溶液加工两维共轭有机分子光伏材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种以带噻吩共轭支链的二维共轭苯并二噻吩（2D-BDT）为核、两端对称性连接噻吩乙烯茚酮共轭结构单元的可溶性两维共轭有机分子及其制备方法。

本发明所提供的可溶性两维共轭有机分子的结构通式如式Ⅰ所示：

式Ⅰ中，R₁和R₃均独立地选自碳原子总数为6-12的直链烷基或支链烷基,R₂为氢原子或者碳原子总数为6-12的直连烷基或者支链烷基，n=1-3。