[发明专利]一种[2.1.3]苯并噁二唑类光伏材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种[2.1.3]苯并噁二唑类光伏材料及其制备方法和应用，属于光伏材料技术领域。其结构由式(I)表示。本发明还提供了该[2.1.3]苯并噁二唑类光伏材料的制备方法和应用。该类光伏材料制备时主要是通过stille偶联的方法，合成一类末端基为三氟甲基苯基的[2.1.3]苯并噁二唑(BO)有机电子给体单元，改变不同侧链单元来调控有机分子的光学、电化学性能。该合成路线简单，成本低且合成方法具有普适性，可以较好的推广应用于其他的[2.1.3]苯并噁二唑类材料的合成；[2.1.3]苯并噁二唑类光伏材料具有更大的共轭结构，有望获得更宽的紫外‑可见吸收光谱和载流子迁移率；且[2.1.3]苯并噁二唑类光伏材料具有较低的HOMO能级，对氧的稳定性高，有利于制备性能更加稳定的太阳能电池器件。

技术领域

本发明涉及光伏材料技术领域，特别是指一种[2.1.3]苯并噁二唑类光伏材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球能源危机的日益加剧，世界各国将目光转向了可再生的清洁能源。因此，针对于太阳能高效利用的技术越来越受到科学界和产业界的关注。有机小分子太阳能电池作为将太阳能转换为电能的装置在近五年获得了快速的发展，其能量转换效率已经超过了10％[Bin Kan,Qian Zhang,Miaomiao Li,Xiangjian Wan,Wang Ni,Guankui Long,Yunchuang Wang,Xuan Yang,Huanran Feng,Yongsheng Chen.Journal of the AmericanChemical Society,2014,136,15529]。但是性能高效与稳定的小分子光伏材料种类较少，所以需要设计与合成更多种类的有机小分子光伏材料，通过结构的修饰和器件的优化来进一步提高有机太阳能电池的光伏性能。

[2.1.3]苯并噁二唑(BO)是一个重要的电子受体单元，以BO作为电子受体的聚合物近年来在电致变色、传感器、发光二极管和太阳能电池等方面得到了广泛的研究[(1)BoLiu,Xuewen Chen,Yuehui He,Yongfang Li,Xinjun Xu,Lu Xiao,Lidong Li,YingpingZou.Journal of Materials Chemistry A,2013,1,570.(2)Ping Ding,Chengmei Zhong,Yingping Zou,Chunyue Pan,Kelong Huang,Hongbin Wu,Yong Cao.Journal of PhysicsChemistry,2011,115,16211.]。但是，将BO作为受体单元与其他芳香杂环给体单元偶联后应用于有机小分子太阳能电池少见报道。事实上，BO与苯并噻二唑(BT)和苯并三氮唑(BTz)化学结构类似，并且O原子的原子半径比S原子的小，具有更加平面的分子结构，因而有望获得更高的载流子迁移率。BT作为经典的电子受体在有机太阳能电池中得到了广泛的应用。例如，Guillermo C.Bazan课题组将BT作为电子受体运用到有机小分子太阳能电池中，合成了有机小分p-DTS(FBTTh₂)₂，当p-DTS(FBTTh₂)₂与PC₇₁BM共混时，制备的有机太阳能电池获得了高达8.2％的能量转换效率[Ye Huang,Wen Wen,Subhrangsu Mukherjee,Harald Ade,Edward J.Kramer,Guillermo C.Bazan.Advanced Materials,2014,26,4168.]。综上所述，BO类有机小分子在太阳能电池的应用中有着广泛的前景。

鉴于光伏材料在太阳能电池领域中广泛的应用前景,研究出新的[2.1.3]苯并噁二唑类光伏材料具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种[2.1.3]苯并噁二唑类光伏材料及其制备方法和应用，该[2.1.3]苯并噁二唑类光伏材料具有更加规整的平面共轭结构，有望获得更高的载流子迁移率；并且其合成路线简单，合成方法具有普适性，用于制备太阳能电池器件具有较好的能量转换效率。