[发明专利]基于支化卟啉-苝二酰亚胺小分子受体的合成方法及应用

说明书

本发明属于光伏材料技术领域，公开了一种基于支化卟啉‑苝二酰亚胺小分子受体的合成方法及应用，卟啉‑苝二酰亚胺有机小分子太阳能电池受体材料具有式Ⅰ的结构，其中π为连接了多个苝二酰亚胺的苯、三苯胺、N‑苯基‑咔唑、四苯甲烷或四苯硅烷π桥。本发明的支化卟啉‑苝二酰亚胺有机小分子光伏受体材料提高了材料的光捕获能力，并且与窄带隙聚合物给体材料PTB7‑Th等结合后具有良好的吸收互补和能级匹配；本发明将此类小分子受体应用于有机太阳能电池，能获得最高为0.84V的开路电压，7.7％的光电转换效率，充分展现了该类卟啉‑苝二酰亚胺小分子受体在有机光伏领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光伏材料技术领域，尤其涉及一种基于支化卟啉-苝二酰亚胺小分子受体的合成方法及应用。

背景技术

随着社会的高速的发展，人们用于生产生活的能源需求成指数上升，传统能源如煤、石油、天然气等消耗巨大，日益枯竭。与此同时，随着化学能源的使用，环境问题也日渐严重。太阳能作为地球上觉得部分能源形成的源泉，具有可再生、总量巨大、分布广泛、无污染等特点，一直是广受关注、最具活力的研究领域。

工业文明以电为基础，太阳能电池能将太阳能直接转换成电能，一直是研究的重点。相比于其他太阳能电池，有机太阳能电池的具有原料易获取，合成成本低廉，制备工艺简单，功能可根据需求调制，制备工艺简单，可大面积制备，可制成柔性器件等诸多优点，在实际应用上有广阔的前景。在目前的研究中，因富勒烯存在吸光能力差、难以修饰、稳定性较差、成本高等问题，因而研究的方向转移至非富勒烯小分子受体材料的开发上。

卟啉和苝二酰亚胺均是常见的吸光单元，具有大的共轭体系和高的摩尔消光系数，高的电荷迁移率，容易通过常用的化学方法进行修饰来改变其物理化学性质。卟啉和苝二酰亚胺的光谱吸收不重叠，然而卟啉具有强给电子性质，一般是作为给体单元进行应用；苝二酰亚胺具有强的吸电子性质，但其在固相中聚集趋势极强，在应用中不利于激子的分离。

现有技术存在的问题是：

现有光伏受体材料对光的吸收率低，没有改善苝二酰亚胺成膜的形貌，导致在制备的有机光伏太阳能电池等器件性能差。而且现有技术制备成本高，制备工艺繁琐。

解决上述技术问题的意义：

本发明以卟啉为间隔基，三苯胺为桥，分别连接4个PDI单元。三苯胺本身便是四面体构型，在引入间隔基后，PDI单元间的扭转趋势更加强烈，这样能进一步降低分子的聚集趋势。

本发明引入了在可见光区有强烈吸收的卟啉单元作为间隔基，这使得分子在400-700nm的范围内具有优良的吸收，有增强了光生电流。

本发明选用三苯胺为桥，制备成本低廉，原料来源充足，制备工艺简单。同时与常用的商业给体PTB7-Th制备成体异质结太阳能电池后取得了高达 7.65％的光电转换效率，具有良好的应用性能和广阔的应用前景。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明提供了一种基于支化卟啉-苝二酰亚胺小分子受体的合成方法及应用。有效的抑制了苝二酰亚胺的过度聚集，减弱了激子复合的趋势，并且拓宽了材料的吸收光谱；同时通过改变卟啉meso 位基团，调节了分子的构象以及HOMO和LUMO能级，从而对器件形貌和参数产生了重要的影响。

本发明的另一目的是提供上述卟啉有机小分子光伏受体材料的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述卟啉有机小分子光伏受体材料的应用。所述卟啉有机小分子光伏受体材料用于制备太阳能电池。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种卟啉-苝二酰亚胺有机小分子太阳能电池受体材料，所述卟啉-苝二酰亚胺有机小分子太阳能电池受体材料具有多连接位点的π桥的支化非富勒烯有机太阳能电池受体材料，结构通式如式Ⅰ：