[发明专利]新型n型醌式结构小分子及其在有机光电器件中的应用

说明书

本发明涉及新型n型醌式结构小分子及其在有机光电器件中的应用。所述的醌式小分子由三个部分组成，萘二酰亚胺和可形成醌式结构的均苯四胺基团以及末端苯并杂环。所述共轭小分子具有较高的吸收系数和电子迁移率，可作为高效的电子受体用于高效有机光伏器件中。本发明设计了醌式小分子，能够极大地提高聚合物的吸收系数，极大地提高电池器件的光电流以及电池器件效率；所述的新型醌式小分子作为电子受体能够达到短路电流，开路电压和填充因子的平衡，制备能量转化效率超过10%的有机光伏器件，远超过基于现有的萘二酰亚胺电池性能。

技术领域

本发明涉及有机光电材料领域，具体涉及新型n型醌式结构小分子及其在有机光电器件中的应用。

背景技术

随着全球对于能源需求的逐年增加，石油、煤炭等传统能源的日益枯竭，以及对保护地球生态环境的需要，全世界越来越多的科学家将研究集中在氢气、太阳能等取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。

已经成熟的无机硅、砷化镓、磷化铟等基于无机材料的光伏器件已经在市场上占有主导地位，然而由于其对于材料纯度的要求高，加工过程中会产生高能耗及污染等问题，且其价格非常昂贵，因此在追求低成本和绿色环保的今天，其大规模应用受到了限制。

有机光伏器件作为一种新型薄膜光伏电池技术，具有全固态、光伏材料性质可调范围宽、可实现半透明、柔性电池、具有大面积低成本制备潜力等突出优点。有机材料的光伏性能可调范围宽，可利用化学手段对材料的能级、载流子迁移率以及吸收等性能进行有效的调控。有机/聚合物光伏器件可采用打印、印刷等方法进行加工，可借鉴传统塑料的加工工艺，通过卷对卷滚动加工流程制造大面积、柔性的薄膜光伏器件，该生产工艺能够有效降低光伏电池的制造成本。有机光伏器件几乎不受环境和场地限制，在许多场合可将光能转换为电能，同时与无机半导体光伏器件有非常强的互补性，无疑具有巨大的商业开发价值和市场竞争力。因此有机光伏器件的研究引起了广泛关注，以有机光伏器件为核心的科学研究已经成为一个世界范围内竞争激烈的材料科学前沿研究领域。

有机光伏器件的受体研究进展缓慢，早期的研究以富勒烯为主。最近两年来，非富勒烯进展较快，然后以共轭聚合物为受体的报道相对较少，效率也不高。其主要原因是现有的受体的吸收系数不高，吸收光谱不够宽所导致的。通过设计醌式结构，可以有效地改善这些问题，并提高以有机共轭小分子为受体的有机光伏器件的性能。

发明内容

本发明的目的在于设计并合成一类结构基于杂环化合物与萘酰亚胺的n型醌式小分子作为电子受体材料用于有机光伏器件。所述的醌式小分子由三个部分组成，萘二酰亚胺和可形成醌式结构的均苯四胺基团以及末端苯并杂环。所述共轭小分子具有较高的吸收系数和电子迁移率，可作为高效的电子受体用于高效有机光伏器件中。

本发明技术方案如下。

新型n型醌式结构小分子，具有以下结构通式：：

其中，A、B为共轭单元结构，其共轭单元可为噻吩、呋喃、苯，萘、芴、咔唑、硅芴、联噻吩、联呋喃、苯并二噻吩、苯并二硒吩、苯并二呋喃、吩噻嗪、吩噁嗪、联噻吩、噻吩并环戊二烯、噻吩并吡咯、噻吩并噻咯、吲哚芴、吲哚咔唑、吡咯、苯并噻二唑、苯并硒二唑、苯并恶二唑、苯并三氮唑及以上所有结构的衍生物的一种以上；R₁、R₂、R₃、R₄为烷基链；X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆，X₇，X₈为氧、硫、氮中的一个。

进一步地，A为共轭单元结构，具有如下结构的一种或一种以上：

进一步地，其中B为共轭单元结构，具有如下结构的一种或一种以上：