[发明专利]一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料及其制备方法和应用。本发明合成了一种含有不同烷氧基侧链的苯并[1,2‑b；3,4‑b]二呋喃(BDF)有机电子给体单元，通过Stille偶联的方法，将BDF单元通过碳‑碳单键与另一个电子受体单元吡咯并吡咯二酮(DPP)相连接，得到BDF类有机小分子光伏材料，结构如式(Ⅰ)所示。这些有机小分子光伏材料具有宽的可见光区吸收，合适的HOMO以及LUMO能级和相对较窄的带隙。以此类有机分子为电子给体、PC₆₁BM或有机物电子受体为电子受体制备了有机太阳能电池，其最高能量转换效率可达到5.0％，具有良好的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及光伏材料技术领域，具体涉及一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料及其制备方法和应用。

背景技术

苯并[1,2-b；3,4-b]二呋喃(BDF)作为电子给体在聚合物太阳能电池中得到了很好的应用，是一类性能非常优异的电子给体单元[Bo Liu,Xuewen Chen,Yingping Zou,LuXiao,Xinjun Xu,Yuehui He,Lidong Li,and Yongfang Li.Macromolecules,2012,45,6896-6905.]，但是将其作为电子给体与其他电子受体单元偶联后应用于有机小分子太阳能电池领域很少在文献中报道。BDF具有和苯并[1,2-b；3,4-b]二噻吩(BDT)相似的稠杂环结构，BDT作为电子给体应用于有机小分子太阳能电池中，获得了高达5.8％的能量转换效率[Yuze Lin,Lanchao Ma,Yongfang Li,Yunqi Liu,Daoben Zhu,and XiaoweiZhan.Advanced Energy Materials,2013,3,1166-1170.]，南开大学陈永胜课题组用4,8-二异辛氧基-苯并[1,2-b；3,4-b]二噻吩与末端连接强吸电子基团的连三噻吩偶联，得到了一种BDT类有机小分子光伏材料(DR3TSBDT)，DR3TSBDT在300～730nm范围内对太阳光具有很好的吸收，制备的太阳能电池的能量转换效率高达9.6％，在当时是有机太阳能电池转换效率的世界纪录[Bin Kan,Qian Zhang,Miaomiao Li,Xiangjian Wan,Wang Ni,GuankuiLong,Yunchuang Wang,Xuan Yang,Huanran Feng,Yongsheng Chen.J.Am.Chem.Soc.2014,136,15529-15532]。因此，利用氧原子取代硫原子得到的DBF单元作为电子给体应用于有机小分子太阳能电池中，预期会获得高效的光伏性能。原因主要是氧原子具有比硫原子更小的原子半径，所以BDF具有比BDT更好的平面结构，当BDF与不同的电子受体偶联后，得到的BDF类有机小分子预计拥有更宽的吸收光谱和更高的载流子迁移率。

本发明合成了含有不同柔性侧链的BDF单体，用Stille偶联的方法获得了一种BDF类有机小分子太阳能电池材料，对它们进行了光学和电化学等表征，并对其在太阳能电池上的应用进行了研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料及其制备方法和应用，该有机小分子光伏材料为碳-碳单键连接的BDF类有机小分子光伏材料，且可作为电子给体材料应用于太阳能电池。

基于上述目的，本发明提供的一种苯并二呋喃类有机小分子光伏材料，该有机小分子光伏材料的结构如式(Ⅰ)所示：

其中，R为烷基。

式(Ⅰ)所示的化合物为4,8-二烷氧基-苯并(1,2-b；4,5-b’)-二呋喃-2,6-二(2,5-二异辛基-3,6-呋喃基-2-吡咯并吡咯二酮)。

在本发明中，优选的，R为8～12个碳原子的直链或支链烷烃。

在本发明中，进一步优选的，所述R选自以下基团中的一种：