[发明专利]窄带隙非稠环小分子受体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了窄带隙非稠环小分子受体，所述小分子受体以并噻吩或噻吩并硒吩为π桥，以带苯环侧链的联噻吩为核和以双氟取代的3‑(二氰基亚甲基)靛酮(FINCN)为末端受体单元，分别为2T2TT‑F和2T2TSe，其结构式为：本发明还公开了窄带隙非稠环小分子受体的制备方法及应用；应用在有机太阳能电池器件中具有良好的光学、电化学性质以及光伏性能。

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，特别涉及窄带隙非稠环小分子受体及其制备方法和应用。

背景技术

经济的迅猛发展加速了能源消耗，环境污染和能源枯竭成为当今社会面临的两大难题，因此太阳能作为绿色可再生能源走进了人们的视野。其中有机太阳能电池由于其成本低、污染小、柔性好和可溶液加工等优点得到研究者们的广泛关注。有机太阳能电池研究中材料结构的多样性使得设计合成新型的有机光电材料成为该领域的研究重点之一。对于有机光伏器件来说，其最为主要的性能参数为能量转换效率，而活性层是决定器件效率的关键。对于活性层材料中的受体材料来说，过去几十年以来，富勒烯衍生物(如PC61BM和PC₇₁BM)以其高电子亲和性和高电子迁移率成为主要的电子受体，但由于其在可见区吸收弱、能级难以调控、合成难度大、成本高等缺点，科学家们将目光投向了具有更高吸光系数、能级易于调控、合成简单以及成本相对较低的非富勒烯受体材料。目前，实验室制备的基于非富勒烯受体材料的单节有机太阳能电池的能量转换效率已经超过了18％。

目前高效率电子受体基本是稠环非富勒烯小分子受体，其骨架具有良好的平面性，高度离域的电子结构和强聚集倾向的末端基团，有利于分子间的π–π堆积和电荷转移。但是这些高效稠环电子受体具有一个大的稠环梯形核，需要很多的合成和提纯步骤，不利于有机光伏大规模商业化应用。因此，研究者将目光投向结构简单且易调节的骨架非稠合的小分子受体。并噻吩单元具有稳定的醌式结构，较窄的带隙，分子间存在较强的相互作用和良好的堆积，同时考虑到硒吩的优势(具有更窄的带隙，更高的电荷载流子迁移率和更强的分子间相互作用力)，使得并噻吩衍生物和噻吩并硒吩衍生物成为构筑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窄带隙非稠环小分子受体，以并噻吩或噻吩并硒吩为π桥；本发明还提供了上述窄带隙非稠环小分子受体的制备方法及应用；本发明提供的窄带隙非稠环小分子受体应用在有机太阳能电池器件中具有良好的光学、电化学性质以及光伏性能。

本发明提供如下技术方案：

窄带隙非稠环小分子受体，所述小分子受体以并噻吩或噻吩并硒吩为π桥，以带苯环侧链的联噻吩为核和以双氟取代的3-(二氰基亚甲基)靛酮(FINCN)为末端受体单元，分别为2T2TT-F和2T2TSe，其结构式为：

本发明还提供了上述窄带隙非稠环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Ⅱ或式Ⅲ所示化合物和式Ⅰ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过夜，发生Stille偶联反应，经后处理A制得式Ⅳ或式Ⅴ所示化合物；

(2)将式Ⅳ或式Ⅴ所示化合物溶于有机溶剂B中，并于加入Vislmeier试剂中，加热搅拌回流过夜，经后处理B制得式Ⅵ或Ⅶ所示化合物；

(3)将式Ⅵ或Ⅶ所示化合物与Ⅷ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2T2TT-F和2T2TSe-F；

其中，式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ和Ⅷ所示化合物如下所示：