[发明专利]一种有机电子受体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种有机电子受体材料及其制备方法与应用，该材料以苯并三噻吩给电子基团为中心核单元，引达省并二噻吩稠环结构为臂单元，稠环结构上采用侧链结构修饰，并在端基使用3‑(二氰基亚甲基)靛酮基团及其衍生物进行封端，得到一种有机电子受体材料。该料具有线性非富勒烯的一般优势，如光吸收强、能级可调、溶解性好和形态稳定性高等，还具有富勒烯材料高的电子迁移率和各向同性的电荷传输特性。此外，它的三维几何结构有利于分子内电荷转移，这将降低能隙和扩大吸收范围，改善器件性能，使器件表现出极高的短路电流和填充因子，太阳能电池功率转化效率也有大幅提高。

技术领域

本发明属于光电材料和应用技术领域，具体涉及到一种有机电子受体材料及其制备方法与应用。

背景技术

非富勒烯受体由于其可调的吸收光谱和能级、良好的化学稳定性和光稳定性以及与给体良好的相容性以形成合适的形貌而取得了巨大的成就。大部分高性能小分子非富勒烯电子受体具有由一个给电子核心单元和两个缺电子封端基团(A-D-A型)组成的线性结构，如ITIC、IDTBR和Y6。然而，控制分子堆积方向是小分子非富勒烯电子受体的一个限制，因为它们倾向于根据化学结构和加工条件呈现正面取向或侧面取向。

随着A-D-A型小分子非富勒烯电子受体设计策略的出现，星形分子也被引入到活性层中，星形材料由于其扩展的维度能够有效地收集光，这有利于改善有机太阳能电池中的光电流。此外，这种星形设计具有增强的平面性在衬底上呈现面朝上定向堆积，这有助于以增强的电荷迁移率在垂直方向上传输电荷。有机半导体的堆积特性通常被描述为具有H-/J-型聚集，这取决于相邻分子之间跃迁偶极矩的相对排列。在H-聚集体中，分子以共面构型堆叠，具有高色移吸收带，而J-聚集体具有交错构型，具有深色移吸收带。聚集类型可以通过所用烷基链的位置和类型、主链的化学结构和所用的加工方法来控制，所有这些都对所制造器件的光电性能和光伏性能有很大影响。烷基取代对于调节分子内相互作用、分子堆积和电荷传输特性非常重要。侧链工程策略可以微调分子特性，从而改善器件性能，侧链的改变包括对称性，尺寸和长度的变化，可以极大地影响小分子电子受体材料的分子间相互作用和结晶特性。然而，与对线型非富勒烯电子受体材料的广泛研究相比，对星形非富勒烯电子受体材料尚未得到优化。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种有机电子受体材料及其制备方法与应用，可以使用溶液加工采用旋涂、丝网印刷或喷墨打印的方法制备正置器件结构以及倒置器件结构的有机太阳能电池器件，也可以用于采用串联的方式制备大面积叠层有机太阳能电池器件。通过引入侧链结构，不仅使星形非富勒烯电子受体材料具有非富勒烯的一般优势，如光吸收强、能级可调、溶解性好和形态稳定性高等，还具有富勒烯材料高的电子迁移率和各向同性的电荷传输特性。此外，其三维几何结构有利于分子内电荷转移，这将降低能隙(Eg)和扩大吸收范围。而且多维分子结构也能有效抑制过度聚集，有利于激子解离。通过在星形非富勒烯电子受体材料体系中引入侧链结构，克服了材料分子间相互作用、分子堆积和电荷传输特性难以调节的技术问题。

本发明有益效果：