[发明专利]一系列含吲哚啉衍生物结构的不对称方酸菁小分子及其应用

说明书

一、技术领域

本发明涉及一系列含吲哚啉衍生物结构的不对称方酸菁小分子及制备方法，以及该类方酸菁小分子在有机太阳能电池领域的应用。

二、背景技术

目前，能源危机和环境问题日益严峻，而太阳能作为一种永不枯竭的清洁能源得到了大家的重视。太阳能电池是利用太阳能的重要手段之一，主要分为无机太阳能电池和有机太阳能电池（OPV）。相比于无机太阳能电池，有机太阳能电池具有重量轻、成本低、柔韧性好等显著优点。近几十年来，新型有机光伏材料的设计合成及器件结构的设计优化已经获得了极大进步。由于小分子光伏材料相比于聚合物光伏材料具有确定的分子结构、确定的分子量、易提纯及批次重现性好等优点，其在太阳能电池领域的应用得到了极大关注。为推进有机太阳能电池的实际化应用，研究开发更多有效的新型小分子光伏给体材料对提高太阳能电池器件的效率至关重要。

方酸菁化合物（结构式如下所示）由于其在可见及近红外区有强烈的吸收和优良的光化学和光物理稳定性，已经得到了广泛的应用。Paganiet al.第一次报道了以方酸菁小分子为给体材料的溶液加工的本体异质结有机太阳能电池器件，其光电转换效率达到1.24%（J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17640-17641.）。之后，方酸菁小分子在有机太阳能电池领域的应用得到了良好的发展。到目前为止，基于溶液加工的方酸菁小分子的本体异质结有机太阳能电池的PCE已高达5.50％（Adv. Energy. Mater. 2011, 1, 184-187.），而以方酸菁小分子为给体材料的双层有机太阳能电池器件的效率则高达6.3%（Nano Lett. 2011, 11, 4261-4264.），这表明方酸菁小分子在太阳能电池领域极富应用前景。一般而言，相较于之前提到的对称型方酸菁小分子（即X=Y，如下所示），不对称方酸菁小分子（即X≠Y）具有更好的溶解性，最重要的是具有更丰富的结构可调性，已经在染料敏化太阳电池、静电复印、近红外增感等光敏应用方面具有较对称型方酸化合物更为优异的性能。但由于不对称方酸菁小分子的合成步骤稍多，且性能相对低下，故在OPV中研究还不广泛。目前检索到的不对称方酸菁小分子在有机太阳能电池领域应用的文献仅有6篇（Angew. Chem. Int. Ed.2009，48，8776- 8779；Sol. Energy Mater. Sol. Cells2012，98，224-232；ACS Nano 2012，6，972-978；J. Mater. Chem.2012，22，6704-6710；Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 8382-8334；Chem. Commun. 2013, 49, 10465-10467.），ACS Nano中报道的材料性能最佳，但光学能隙约在2.0 eV，相对较高，与太阳光谱的匹配不佳。因而设计、合成新型不对称方酸菁光伏材料，对构建新型高效光伏材料具有重要意义。

三、发明内容

本发明的目的之一在于提供一系列新型的含吲哚啉衍生物结构的不对称方酸菁小分子。

本发明提供具有如下通式Ⅰ的不对称方酸菁小分子，X、Y代表不同的富电芳香环单元，

其结构特征在于：

所述X为如下基团1~4中的任意一个，其中R₁，R₃，R₄，R₅为氢原子或氟原子或氰基，R₂为碳原子数为1-20的直链或支链的烷基或苯烷基。

基团1：

基团2：

基团3：

基团4：

所述Y为如下基团5~8中的任意一个，

基团5：

基团6：

基团7：

基团8：