[发明专利]三元环类苯并噻二唑有机小分子材料、其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种三元环类苯并噻二唑有机小分子材料、其制备方法与应用。该材料以[1,2,5]噻二唑[3,4‑e]噻吩并[3,2‑b]吲哚为核，单边键接噻吩为π桥单元，并且通过改变吸电子端基设计合成一系列全新的具有不对称π桥结构的A‑A‑π‑A型有机小分子材料，具有良好的溶解性、加工性与热稳定性，并且具有强的光吸收能力、较高的电子迁移率以及合适的电子能级，可作为电子受体材料应用于制备有机太阳能电池。

技术领域

本发明属于有机材料与有机太阳能电池技术领域，具体涉及一种三元环类苯并噻二唑有机小分子材料、其制备方法与应用。

背景技术

随着化石能源的不断消耗，人类面临着日益严重的能源危机，而太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，引起了全世界的关注，其中太阳能电池是最引人注目的技术之一。传统的硅基太阳能电池虽已成功产业化，但是由于成本高、工艺复杂、难以实现柔性加工等缺陷限制了其进一步应用。而有机太阳能电池因为其质轻、柔性以及低成本制备等优点受到了广泛的关注。

有机太阳能电池中最重要的一个参数是光电转化效率(PCE)，等于短路电流(Jsc)、开路电压(V_OC)和填充因子(FF)的乘积。这些年来，研究人员通过设计新材料、优化器件结构和工艺等，将有机太阳能电池的PCE由2％提升至超过17％。其中，由占肖卫教授首次报道的ITIC类非富勒烯小分子受体，由于其易于合成、在分子层面上的可调性等，受到研究人员的广泛关注。

但是，非富勒烯小分子受体，诸如ITIC、IT-4F、Y6、N3等合成过程繁琐、产率低，成本相对较高，因此发展合成简单、产率高的小分子受体有助于推动有机太阳能电池的产业化进程。

发明内容

本发明提供一种新型的三元环类苯并噻二唑有机小分子材料，其具有如下式结构：

其中，

R为烷基；R₁为烷基；

X为以下基团中的任意一种，以下基团中的虚线指代双键连接处：

其中，R₂为氢、卤素或C1～C6烷基链；R₃为C1～C6烷基链。

作为优选，所述R、R₁独立选自C1～C20的烷基，包括直链烷基或者支链烷基；进一步优选为C6～C16的直链烷基或者支链烷基。

上述三元环类苯并噻二唑有机小分子以[1,2,5]噻二唑[3,4-e]噻吩并[3,2-b]吲哚为核，单边键接噻吩为π桥单元，并且通过改变吸电子端基设计合成一系列全新的具有不对称π桥结构的A-A-π-A型有机小分子材料，该材料具有良好的溶解性，例如，可溶于三氯甲烷等溶剂中，并且具有较好的加工性与热稳定性。另外，单边π桥的引入一方面有助于拓展分子内共轭，拓宽并增强光吸收，从而提高光电流；另一方面，使分子具有不对称性，从而具有较大的偶极矩，促进分子间堆积，提高材料电子迁移率。因此这类分子拥有强的光吸收能力、较高的电子迁移率以及合适的电子能级，适合于作为电子受体材料应用于制备有机太阳能电池。

本发明还提供一种上述三元环类苯并噻二唑有机小分子材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)4,7-二溴-5-硝基-苯并[c][2,1,3]噻二唑A和化合物B通过Stille偶联反应得到化合物C

其中，R为烷基，优选为自C1～C20的烷基，进一步优选为C6～C16的烷基；

所述步骤(1)中，溶剂不限，优选为甲苯、N,N-二甲基甲酰胺等；

所述步骤(1)中，钯催化剂不限，优选为四三苯基膦钯、双三苯基磷二氯化钯等；