[发明专利]一种非对称非富勒烯小分子受体材料及其应用

说明书

本发明提供一种非对称非富勒烯小分子受体材料及其应用，属于有机化合物合成及有机太阳能电池器件制备技术领域。本发明提供的非对称非富勒烯小分子受体材料弥补了对称非富勒烯小分子受体具有较弱的分子结合能和较小的分子偶极矩等缺点，有利于增强分子间相互作用，拥有优良的光吸收和载流子传输性能，在有机太阳能电池中可实现较高的短路电流和能量转换效率。同时其具有良好的溶解性，易溶于常见有机溶剂，具有较高的电子迁移率，用于制备高短路电流和高能量转换效率的有机太阳能电池，表明其是一种具有优良性能的受体材料，在光电领域具有巨大的潜在应用价值，同时本发明对采用非对称非富勒烯受体策略提供更深入的认识。

技术领域

本发明属于有机化合物合成及有机太阳能电池器件制备技术领域，具体涉及一种非对称非富勒烯小分子受体材料及其应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，面对日益紧张的能源危机，不断恶化的生态环境，发展绿色、可持续发展的新型能源成为了人类的重要选择。地球仅仅利用了太阳辐射能量的1/22亿就可造就了世界万物，因此开发利用太阳能无疑是绝佳的能源途径。而太阳能电池是将光转化为电流，是一种光电转换。1954年美国贝尔实验室的科学家制备出实用的无机太阳能电池，是人类利用太阳能直接转换为电能的里程碑。随后，该项技术快速发展并传播开来。可是这类电池存在着造价高昂、加工复杂、运营成本高等突出的缺陷，限制了它在诸多领域的应用。因此，寻找新的太阳能电池材料，已经显得刻不容缓。

最近，由共轭聚合物给体和小分子受体组成的本体异质结有机太阳能电池具有重量轻、半透明、可大面积印刷加工、低成本等优点而备受瞩目，是下一代光伏技术的重要发展目标。目前基于经典受体材料富勒烯(PC₆₁BM和PC₇₁BM)电池的最优性能已经超过11％。虽然这类受体材料固然具有非常高的电子迁移率、激子解离速度快等优点，但是他们在可见光和近红外区的吸收弱、能级调节范围窄、容易聚集导致器件不稳定、价格昂贵等诸多缺点，极大的阻碍了有机太阳能电池的进一步发展。因此，非富勒烯受体成为了近五年的研究热点。非富勒烯受体材料的种类丰富、可调节性强，而且可与众多给体材料匹配实现高性能的器件效率。与对称非富勒烯小分子受体相比，不对称非富勒烯小分子受体具有较强的分子结合能和较大的分子偶极矩等潜在优势，有利于增强分子间相互作用，提高电子迁移率和有机光伏器件性能。

目前为止，基于不对称非富勒烯小分子受体的有机太阳能电池的光电转换效率已从2010年的1％逐步提高到了2018年的近13％。但是发明人发现，目前基于不对称非富勒烯小分子受体的有机太阳能电池效率超过13％的组合很少，其效率依然亟待提高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于噻吩和吡咯稠合的多环非对称非富勒烯小分子受体材料，受体制备方法简单，条件温和，同时制备得到的有机受体可以用作有机太阳能电池的受体，从而极大地提高了其在光电领域应用范围，因此具有良好的实际应用之价值。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的第一个方面，提供一种基于噻吩和吡咯稠合的七元环非对称非富勒烯小分子受体材料，所述受体材料其核心骨架结构式具有如下任一种结构，但并不局限于此：

其中，R₁,R₂,R₄,R₅可独立地选自氢原子、烷基或烷氧基。

上述核心骨架结构式的末端基团结构式(*所示)具有如下任一种结构，但不局限于此：

其中，R₃，R₆独立地选自氢原子、烷基、烷氧基或卤素；