[发明专利]基于三茚并五元芳杂环的星型D-A结构共轭分子及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于三茚并五元芳杂环的星型D‑A结构共轭分子及其制备方法和应用。所述的星型D‑A结构共轭分子具有以下结构通式：其中，n为0～6；X和Y各自独立地为O，S或Se；R₁、R₂、R₃各自独立地为H、C₁～C₃₀的烷基、C₁～C₃₀的烷氧基、烷硫基、4‑烷基苯基、4‑烷氧基苯基、4‑烷硫基苯基、5‑烷基噻吩基、5‑烷氧基噻吩基或5‑烷硫基噻吩基；A为具有π‑共轭结构的拉电子基团。本发明合成的星型D‑A结构共轭分子具有良好的溶解性，能溶于大部分有机溶剂；具有更大π‑共轭平面，有利于分子间的π‑π相互作用，获得强吸收，高载流子迁移率以及有效的电荷传输；具有合适的能级，可作为有机太阳能电池的给体和受体材料；用于有机太阳能电池中，表现出较高的能量转换效率。

技术领域

本发明涉及一种共轭分子，具体涉及一种基于三茚并五元芳杂环的星型D-A结构共轭分子及其制备方法和应用。

背景技术

体异质结有机太阳能电池具有成本低，重量轻，可溶液加工以及制备大面积柔性器件等优点，因而引发科研人员的广泛兴趣与关注。近年来，有机太阳能电池发展迅速，基于聚合物或小分子给体与富勒烯衍生物受体共混制备的太阳能电池的能量转换效率已超过11％，而基于聚合物给体和小分子受体共混制备的太阳能电池的能量转换效率更是达到13％。这些成果预示着有机太阳能电池具有巨大的应用前景，但同时也为如何设计与开发更高效光子捕获性能并具有高迁移率的光活性层材料，进一步提高太阳能电池综合性能提出了更大的挑战。聚合物材料由于其吸收范围宽，成膜性好，其光电转化效率高，成为目前体异质结太阳能电池的首选材料。然而，聚合物材料仍存在纯化困难以及分子量分布的多分散性，批次间重复性差等问题有待解决。另一方面，作为太阳能电池受体材料，富勒烯衍生物虽然具有大的电子亲和力，高的电子迁移率，各向同性的电子传输以及形成合适的相分离等优异性能，但仍有许多不足之处，例如，在可见光区吸收较差，化学和电子结构可调性有限，成本高，难纯化等，不利于有机太阳能电池的进一步发展。

与之相比，有机小分子半导体材料则易于合成，并具有结构与分子量确定，纯度高，批次重复性和稳定性好等优点；同时，其吸收拓展到可见甚至近红外光区，因此，用于有机太阳能电池活性层的小分子材料的开发成为最近研究的热点。其中，基于梯形芳稠环骨架结构的受体-给体-受体(A-D-A)型小分子光活性材料得到迅速的发展。其电子离域的平面中心单元容易获得宽吸收和高摩尔消光系数，有利于俘获光子，增强光电流密度；同时，其刚性的平面结构具有强π-π堆积相互作用，从而获得较高的载流子迁移率。尤其是作为富勒烯衍生物替代品的典型案例，占肖卫等所报道的一系列基于吲达省并噻吩(IDT)以及吲达省并噻吩并噻吩(IDTT)为中心构建段的非富勒烯受体(例如IEIC，ITIC等)，成功实现了太阳能电池器件的高能量转换效率。在最近的工作中，侯剑辉等以IDTT为核心，与氟取代的1,1-二氰亚甲基-3-茚酮为受体单元构建了小分子受体IT-4F，与聚合物给体共混所制备的单节太阳能电池器件效率达到13.1％，成为目前有机太阳能电池的最高效率。因此，设计与开发基于多芳稠环中心单元的D-A型小分子光活性材料，并结合太阳能电池器件的优化，是获得高光电转换效率有机太阳能电池的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种一类具有较强吸收、较高电荷传输性能以及合适电子能级的基于三茚并五元芳杂环的星型D-A结构共轭分子及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种基于三茚并五元芳杂环的星型D-A结构共轭分子，具有以下结构通式：

其中，n为0～6；

X和Y各自独立地为O，S或Se；