[发明专利]一种不对称氰亚甲基靛酮受体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机太阳能电池领域，具体涉及一种不对称氰亚甲基靛酮受体材料及其制备方法和应用。本发明通过引入不对称给体单元得到具有不对称结构的“受‑给‑受”(“A‑D‑A”)型氰亚甲基靛酮电子受体材料。本发明所述不对称氰亚甲基靛酮受体材料通过适当降低给体单元的共轭长度，使得给体单元的给电子性减弱，从而适当降低了其最高占有能级(HOMO)，获得了合适的能级结构，将所述不对称氰亚甲基靛酮受体材料与三种常用的聚合物给体材料PTB7‑Th、PBDB‑T、FTAZ共混，实现很好的能级匹配，从而获得高效的激子解离和电荷转移，并保证了较好的太阳能电池器件性能，从而扩大了非富勒烯受体的使用范围。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池领域，具体涉及一种不对称氰亚甲基靛酮受体材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机太阳能电池(OSCs)是一种新型的太阳能电池，具有柔性、质轻、低成本、可大面积加工等优点。1986年Tang首次制备出双层异质结有机太阳能电池，光电转换效率达到1％。1995年Heeger将体异质结(BHJ)结构引入到有机太阳能电池中，性能相较于双层异质结有了极大提升。BHJ结构是通过电子给体和电子受体共混获得的，其中电子受体在过去二十年主要使用的是富勒烯衍生物(PC₆₁BM、PC₇₁BM)，因为其具有电子迁移率高、电荷传输各向同性、与给体材料有合适的相分离等优点。目前富勒烯有机太阳能电池的光电转换效率已经超过了11％。但是富勒烯衍生物由于合成成本高、在可见光范围吸收弱且能级难以调控等缺点限制了其进一步发展，所以新型的给体材料——非富勒烯受体被开发出来，非富勒烯受体相较于富勒烯衍生物具有可见光范围吸收强、能级易于调控且易于合成和纯化等优点，逐步取代富勒烯衍生物成为有机太阳能电池中主要的受体材料。尤其是具有“受体-给体-受体”(“A-D-A”)结构的非富勒烯受体获得了较高的性能，其给体单元一般为具有给电子性的对称稠环结构，受体单元一般具有吸电子性，如氰亚甲基靛酮。这种“A-D-A”结构有利于分子内的电荷转移，扩大了材料的吸收范围，并且在中心核上连接四个刚性侧链以抑制分子间大区域的聚集。这类“A-D-A”结构的非富勒烯受体由于具有优异的光电可调性，最高的光电转换效率达到了13％。

BHJ结构的有机太阳能电池为了实现给体和受体间高效的电荷转移，需要满足给体和受体间能级匹配，即给体和受体间的最高占有能级(HOMO)和最低未占有能级(LUMO)之差一般要大于0.3eV。富勒烯衍生物由于能级难以调控导致其应用范围十分有限，非富勒烯受体尤其是“A-D-A”型非富勒烯受体由于能级易于调控为我们提供了更多的选择性。通过适当调控非富勒烯受体材料的能级结构，使其能够同时与几种常用的聚合物给体材料能级匹配，可以扩大非富勒烯受体的使用范围。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种不对称氰亚甲基靛酮受体材料及其制备方法和应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种不对称氰亚甲基靛酮电子受体，化学结构式如下所示：

其中X为给体单元上的侧链，选自如下基团中的一种：

A为具有吸电子性质的受体单元，选自如下基团中的一种：

上述方案中，当X为A为时，所述不对称氰亚基靛酮电子受体为ITDIC-Th，其化学结构式为：

上述不对称氰亚甲基靛酮电子受体为ITDIC-Th的制备方法，包括如下步骤：

(1)化合物1的合成：将2,5-二溴苯甲酸二乙酯、骈噻吩锡烷以及四三苯基膦钯混合，N₂保护下加入无水甲苯，加热回流过夜，待反应液冷却后直接旋除甲苯，然后加入石油醚洗涤并抽滤，滤液使用石油醚/乙酸乙酯柱层析得到黄色固体，即为化合物1；