[发明专利]以硒吩为π桥的骨架全非稠合小分子受体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种以硒吩为π桥的骨架全非稠合的光伏小分子受体，所述光伏小分子受体的结构式为：本发明还提供了一种以硒吩为π桥的骨架全非稠合的光伏小分子受体的制备方法。该光伏小分子受体在太阳能电池中展现出优异的光伏性能。

技术领域

本发明涉及有机光伏小分子受体材料的技术领域，特别涉及以硒吩为π桥的骨架全非稠合的光伏小分子受体及其制备方法和应用。

背景技术

在当今化石能源危机以及环境污染的压力下，有机太阳能电池以其成本低、质轻、结构多样且可控、环境友好等优点得到研究者们广泛的关注。其中活性层材料是决定器件效率的关键，对于活性层中的受体材料而言，富勒烯及其衍生物(PC₆₁BM和PC₇₁BM)一直是过去几十年研究的主流，但其因在可见区吸收弱，能级难以调控，合成难度较大，成本高等缺陷阻碍了其进一步的发展。因此，研究者们开始将目光关注在非富勒烯受体材料的设计合成。从2015年开始，以ITIC为代表的非富勒烯稠环电子受体快速发展起来。目前，基于非富勒烯稠环电子受体的单结有机太阳能电池的能量转换效率(PCE)已经超过了18％。如公开号为CN109180637A的中国专利公开了基于茚并[1,2-b]芴的A-D-A型光伏小分子受体及其制备方法和应用；如公开号为CN110028488A的中国专利公开了以茚并[1,2-b]芴为核的A-D-A型光伏小分子受体及其制备方法和应用。

然而这些高效的稠环受体材料通常属于受体-给体-受体(A-D-A)型，中间都有一个大的稠环梯形核，这种平面稠环芳烃结构可以促进π电子离域，有利于能带隙的减小，光吸收的扩展以及分子之间π-π堆叠的改善。尽管如此，稠环受体分子中芳核的梯形结构比较复杂，均通过化学键联稠合，合成步骤多，提纯困难，导致合成成本偏高，不利于材料的大规模生产并限制大面积器件的制备和商业化应用。另外，对稠环核上的烷基链取代基进行修饰需要从起始反应开始，导致稠环受体的化学结构调节较为困难。因此，开发结构简单且易调节、成本低的新型高效骨架非稠环受体材料，降低合成成本对实现有机太阳电池的规模应用具有重要的科学意义和应用价值。硒吩衍生物具有更窄的带隙，更强的分子间相互作用和更好的载流子传输性能等优点使其也成为构建有机太阳能电池中高效率非富勒烯受体材料的非常具有前景的结构单元。

发明内容

本发明的目的在于提供以硒吩为π桥的骨架全非稠合的光伏小分子受体及其制备方法，本发明提供的光伏小分子受体在太阳能电池中展现出优异的光伏性能。

本发明提供如下技术方案：

一种以硒吩为π桥的骨架全非稠合的光伏小分子受体，所述光伏小分子受体的结构式为：

本发明提供的光伏小分子受体以硒吩为π桥、带苯环侧链的联噻吩为核的骨架全非稠合的光伏小分子受体。

本发明还提供了一种上述以硒吩为π桥的骨架全非稠合的光伏小分子受体的制备方法，所述制备方法包含以下步骤：

(1)将式Ⅰ和式Ⅱ所示化合物溶于有机溶剂A中，在催化剂A的作用下加热搅拌回流，发生Stille偶联反应，经后处理A制得式III所示化合物；

(2)将式Ⅲ所示化合物溶于有机溶剂B中，加入正丁基锂，一段时间后加入化合物N,N-二甲基甲酰胺，搅拌后取出至常温下反应，经后处理B制得式IV所示化合物；

(3)将式Ⅳ所示化合物与式Ⅴ所示化合物溶于有机溶剂C中，在催化剂B作用下搅拌发生Knoevenagel缩合反应，经后处理C制得终产物2T2Se-F；

其中，式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ所示化合物如下所示：