[发明专利]一种基于苯并吡嗪类给体核的有机小分子光伏材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种基于苯并吡嗪类给体核的有机小分子光伏材料及其制备方法和应用；本发明以扩大传统受体小分子Y6中间骨架共轭程度的核作为中间给体单元，合成了基于苯并吡嗪类给体核的有机小分子光伏材料；此类有机小分子光伏材料具有良好的结晶性，在常见的有机溶剂中具有很好的溶解能力；同时这些可溶性有机小分子光伏材料在膜上具有很好的堆积，其膜的吸收相对于溶液有明显的红移；本发明提供的基于苯并吡嗪类给体核的有机小分子光伏材料作为受体材料，与聚合物给体材料PM6共混时，能量转换效率超过18％，且开路电压超过0.9eV，能量损失减小到0.48eV。

技术领域

本发明属于光伏材料技术领域，具体涉及一种基于苯并吡嗪类给体核的有机小分子光伏材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，有机太阳能电池因其可在溶液中加工、成本低、重量轻、半透明、易于制备大面积柔性薄膜器件等特点而受到广泛关注((a)S.Gunes,H.Neugebauer,N.S.Sariciftci,Chemical Reviews 2007,107,1324-1338.(b)G.Li,V.Shrotriya,J.S.Huang,Y.Yao,T.Moriarty,K.Emery,Y.Yang,Nature Materials 2005,4,864-868.(c)J.H.Hou,O.Inganas,R.H.Friend,F.Gao,Nature Materials 2018,17,119-128.)。

非富勒烯受体材料在光吸收特性、与供体的相容性和电致发光特性方面具有显著优势。随着材料结构和器件技术的快速发展，基于非富勒烯受体材料的有机太阳能电池的最佳光电转换效率达到19％((a)C.Li,J.D.Zhou,J.L.Song,J.Q.Xu,H.T.Zhang,X.N.Zhang,J.Guo,L.Zhu,D.H.Wei,G.C.Han,J.Min,Y.Zhang,Z.Q.Xie,Y.P.Yi,H.Yan,F.Gao,F.Liu,Y.M.Sun,Nat.Energy 2021,6,605-613.(b)L.Meng,Y.Zhang,X.Wan,C.Li,X.Zhang,Y.Wang,X.Ke,Z.Xiao,L.Ding,R.Xia,H.L.Yip,Y.Cao,Y.Chen,Science 2018,361,1094-1098.(c)Y.Cui,Y.Xu,H.F.Yao,P.Q.Bi,L.Hong,J.Q.Zhang,Y.F.Zu,T.Zhang,J.Z.Qin,J.Z.Ren,Z.H.Chen,C.He,X.T.Hao,Z.X.Wei,J.H.Hou,Adv.Mater.2021,33,2102420.)。

然而，有机太阳能电池的光电转化效率仍低于晶体硅太阳能电池和钙钛矿太阳能电池((a)K.Yoshikawa,H.Kawasaki,W.Yoshida,T.Irie,K.Konishi,K.Nakano,T.Uto,D.Adachi,M.Kanematsu,H.Uzu,K.Yamamoto,Nat.Energy 2017,2,17032.(b)Z.Liu,L.Krückemeier,B.Krogmeier,B.Klingebiel,J.A.Márquez,S.Levcenko,S.S.Mathur,U.Rau,T.Unold,T.Kirchartz,ACS Energy Lett.2018,4,110-117.(c)J.Z.Yao,T.Kirchartz,M.S.Vezie,M.A.Faist,W.Gong,Z.C.He,H.B.Wu,J.Troughton,T.Watson,D.Bryant,J.Nelson,Phys.Rev.Appl.2015,4,014020.)。