[发明专利]多并稠环共轭大分子及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及有机及钙钛矿太阳能电池和光探测器领域，具体地，涉及一种多并稠环共轭大分子及其制备方法和应用。所述多并稠环共轭大分子为下式(1)所示的化合物。本发明提供的多并稠环共轭大分子，具有较强的光吸收、较高的电荷传输性能以及合适的电子能级，适合于作为光伏材料或光探测材料应用于制备太阳能电池或光探测器中。

技术领域

本发明涉及有机及钙钛矿太阳能电池和光探测器领域，具体地，涉及一种多并稠环共轭大分子及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，有机太阳能电池发展迅速，由于其具有重量轻、柔性好、加工方式简单、可大面积制备并且成本低等优点，受到学术界和工业界的广泛关注。钙钛矿太阳能电池近年来由于效率的快速提升得到了学术界和工业界巨大的关注。有机光探测器作为一种新型光电探测器也是有机电子学研究的重要方向。目前，基于聚合物给体与富勒烯受体共混制备的有机太阳能电池的光电转换效率已突破11％。这显示出有机太阳能电池的巨大应用前景。聚合物材料由于其较高的摩尔消光系数，较宽的太阳光谱吸收，使得光伏器件的光电转换效率较高。然而，聚合物也有不足之处，比如：不确定的分子结构，多分散性的分子量分布，较难的批次重复性，不易纯化等问题。与聚合物不同，有机稠环小分子和大分子半导体材料由于具有确定的分子结构及分子量，以及具有批次稳定及纯化简单且纯度高等优点，使得有机稠环小分子和大分子太阳能电池研究渐趋于热。

由于富勒烯衍生物拥有足够大的电子亲和力、各向同性的电子传输性能、较匹配的电子能级等优点，使得富勒烯衍生物(PC₆₁BM和PC₇₁BM)成为受体材料里的明星分子，一直占据着主导地位。然而PCBM也存在着诸多缺点，如较弱的可见光吸收、较难的能级调控、复杂繁琐的提纯过程等。新型有机多并稠环大分子具有强可见区吸收特性，作为光伏材料特别适合于有机太阳能电池和光探测器，由于其能级易于调控还可以作为钙钛矿太阳能电池的修饰层，电子传输层或光捕获层掺杂成分。因此合成新型的受体材料依然非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的能够用于太阳能电池作为电子给体或电子受体材料的具有较强的光吸收、较高的电荷传输性能以及合适的电子能级的多并稠环共轭大分子及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种多并稠环共轭大分子，该共轭大分子为下式(1)所示的化合物，且该共轭大分子不为下式(GK)所示的化合物：

式(1)

式(GK)

其中，两个基团A各自独立地选自以下结构：

各个基团B各自独立地表示1-10个噻吩共轭稠环结构或1-10个呋喃共轭稠环结构；

各个R₁和R₂各自独立地选自式所示的基团；各个R₃各自独立地选自式所示的基团；

各个Z各自独立地选自C、N、Si和Ge；

各个X、各个X'和各个Y各自独立地选自O、S或Se；

m为0-6的整数；n为0-6的整数；p为0-6的整数；

各个R₄-R₁₀各自独立地选自H、卤素、C1-C30的烷基、C1-C30的烷氧基、C1-C30的烷硫基和C6-C30的芳基。

本发明第二方面提供一种上述多并稠环共轭大分子的制备方法，该方法包括：

在碱性化合物存在下且在有机溶剂中，将下式(2)所示的化合物与式(a)所示的化合物进行脱水缩合反应，得到式(1)所示的化合物；其中，

式(2)

式(a)选自以下化合物中的一种或多种：