一种苯并噻二唑硼氮衍生物及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种苯并噻二唑硼氮衍生物及其在有机半导体光电子器件中的应用。所述苯并噻二唑硼氮衍生物结构式如式Ⅰ所示，可作为受体材料应用于有机太阳能电池中，因其具有更短的共轭骨架，LUMO能级与常用给体材料LUMO能级差更小，匹配度更高，提高了电池的光电转化效率，从而延长电池寿命。从而延长电池寿命。从而延长电池寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种苯并噻二唑硼氮衍生物及其应用
一、

[0001]本专利技术涉及一种光电材料，特别是一种苯并噻二唑硼氮衍生物及其在有机太阳能电池中的应用。
二、
技术介绍

[0002]有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OPV)由于其半透明、柔性、可卷曲、轻质、便于携带以及颜色和形状可设计性，已经被深入研究多年并开始尝试于市场应用。近几年，研究人员在实验室使用非富勒烯作为受体材料将有机太阳能电池效率提升到15％以上，并且不断改进大面积电池制备工艺，采用大面积成熟薄膜技术，使得有机太阳能电池竞争力正在逐步提高。但是从实验室到制造工厂的挑战，仍然是实现市场化的最大障碍。
[0003]现有的非富勒烯小分子受体材料，因其组分的三重态能级比分子电荷转移态能级低很多，有大量三重态复合造成了非辐射损失，从而导致电池效率下降。传统的方法是引入重原子或者构建扭曲的分子结构以提高其三重态能级，减少与电荷转移态的能级差，但同时也会影响分子成膜堆积，降低载流子迁移率，进而降低器件效率。
[0004]文献1：中国专利CN 113666953 A.一类苯并噻二唑硼氮衍生物材料及其在有机电子器件的应用,2021.11.公开了一类硼氮类的小分子非富勒烯受体材料并应用于太阳能电池器件中，因其LUMO能级与常用给体材料LUMO能级差较大，不易于分子间电子传输，与常用的给体材料能级不匹配，使得太阳能电池器件内部电子
‑
空穴对的分离效率低，从而导致电池光电转化效率(Power conversion efficiency,PCE)不高，电池寿命不长。
三、
技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种苯并噻二唑硼氮衍生物及其制应用。
[0006]为实现本专利技术目的的技术解决方案具体如下：
[0007]一种苯并噻二唑硼氮衍生物材料，分子结构式如下：
[0008][0009]其中，
[0010]R
001
‑
R
004
彼此相同或不同，各自独立选自H、D、F、CI、Br、氰基(
‑
CN)、三氟甲基(
‑
CF3)、取代或未取代具有1至30个C原子的直链烷基、烷氧基或硫代烷基；取代或未取代具有3至30个C原子的支链或环状的烷基、烷氧基或硫代烷氧基；取代或未取代的烯基、炔基；取代或未取代的芳基；取代或未取代N、O和S中的任一个或更多个的杂芳基，或这些体系的组
合，其中一个或多个基团可以彼此和/或与所述基团键合的环形成单环或多环的脂族或芳族环系；以上所述的各种基团中的一个或多个H还可进一步被D所取代，
[0011]并且，Ar1、Ar2相同或不同，选自有5至40个环原子的取代或未取代的芳族或杂芳族环系，或选自氘代或未氘代的具有5至40个环原子的芳氧基或杂芳氧基基团，或选自这些体系的组合，其中一个或多个基团彼此与所述基团键合的环形成单环或多环的脂族或芳香环系。
[0012]优选的，R
001
‑
R
004
彼此相同或不同，各自独立选自取代或未取代的3至30个C原子的直链或支链烷基；取代或未取代的3至30个C原子的直链或支链烷氧基；取代或未取代的3至30个C原子的直链或支链硫代烷基；上述基团中的一个或多个H原子可进一步被D所取代。
[0013]更优选的，Ar1和Ar2分别为通式(I
‑
a)
‑
(I
‑
f)所示结构中的一个：
[0014][0015]其中，
[0016]R
101
‑
R
128
彼此相同或不同，各自独立选自H、D、F、CI、Br、氰基(
‑
CN)、三氟甲基(
‑
CF3)、取代或未取代具有1至30个C原子的直链烷基、烷氧基或硫代烷基；取代或未取代具有3至30个C原子的支链或环状的烷基、烷氧基或硫代烷基；取代或未取代的烯基、炔基；取代或未取代的芳基；取代或未取代N、O和S中的任一个或更多个的杂芳基，或这些体系的组合，其中一个或多个基团可以彼此和/或与所述基团键合的环形成单环或多环的脂族或芳族环系；以上所述的各种基团中的一个或多个H被D所取代，
[0017]虚线表示连接的单键。
[0018]更优选的，R
101
‑
R
128
彼此相同或不同，各自独立是H、D、F、CI、Br、氰基(
‑
CN)、三氟甲基(
‑
CF3)、取代或未取代的3至30个C原子的直链或支链烷基；取代或未取代的3至30个C原子的直链或支链烷氧基；取代或未取代的3至30个C原子的直链或支链硫代烷基；上述基团中的一个或多个H原子可进一步被D所取代。
[0019]一种高聚物，包含至少一个重复单元，所述重复单元选自如上述任意一项所述的苯并噻二唑硼氮衍生物。
[0020]一种组合物，包含有至少一种如上述任一项的苯并噻二唑硼氮衍生物或高聚物，及至少一种有机溶剂。
[0021]本专利技术所提供的一种苯并噻二唑硼氮衍生物或一种高聚物或一种组合物作为受体材料应用于有机太阳能电池中。
[0022]本专利技术的原理是：通过巧妙的分子设计，在苯并噻二唑结构基础上，合成了一系列具有合适能级的硼
‑
氮稠环化合物材料，因为硼和氮具有相反的共振效应，相应的硼
‑
氮稠
环化合物可提高分子三重态能级，降低复合损失，但不影响其堆积成膜，有效提高电池效率及寿命。
[0023]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：本专利技术提供的一种苯并噻二唑硼氮衍生物具有更短的共轭骨架，其LUMO能级与常用给体材料LUMO能级差更小，与给体材料匹配的能级更适合，组合应用时载流子分离效率较高。用所述苯并噻二唑硼氮衍生物制备得到的有机太阳能电池，其光电转化效率较高，寿命较长。
四、附图说明
[0024]图1是本专利技术的化合物结构通式I；
[0025]图2是本专利技术的太阳能电池器件结构示意图；
[0026]图3是本专利技术的化合物1的分子结构图和核磁共振氢谱；
[0027]图4是本专利技术的化合物2的分子结构图和核磁共振氢谱；
[0028]图5是本专利技术的化合物3的分子结构图和核磁共振氢谱；
[0029]图6是本专利技术的化合物4的分子结构图和核磁共振氢谱。
[0030]图中：101基板；102阳极；103空穴传输层(HTL)；104活性层；105电子传输层(ETL)；106阴极。
五、具体实施方式
[0031]为了便于理解本专利技术，下面将参照附图对本专利技术进行更全面的描述。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻、全面。
[0032]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种苯并噻二唑硼氮衍生物，其特征在于：具有如下分子结构式：其中，R
001
‑
R
004
彼此相同或不同，各自独立地选自H、D、F、CI、Br、氰基(
‑
CN)、三氟甲基(
‑
CF3)；取代或未取代具有1至30个C原子的直链烷基、烷氧基或硫代烷基；取代或未取代具有3至30个C原子的支链或环状的烷基、烷氧基或硫代烷基；取代或未取代的烯基、炔基；取代或未取代的芳基；取代或未取代N、O和S中的任一个或更多个的杂芳基，或这些体系的组合，其中一个或多个基团可以彼此和/或与所述基团键合的环形成单环或多环的脂族或芳族环系；以上所述的各种基团中的一个或多个H进一步被D所取代，并且，Ar1、Ar2相同或不同，选自具有5至40个环原子的取代或未取代的芳族或杂芳族环系，或是氘代或未氘代的具有5至40个环原子的芳氧基或杂芳氧基基团，或这些体系的组合，其中一个或多个基团可以彼此与所述基团键合的环形成单环或多环的脂族或芳香环系。2.根据权利要求1所述的一种苯并噻二唑硼氮衍生物，其特征在于：R
001
‑
R
004
彼此相同或不同，各自独立选自取代或未取代的3至30个C原子的直链或支链烷基；取代或未取代的3至30个C原子的直链或支链烷氧基；取代或未取代的3至30个C原子的直链或支链硫代烷基；上述基团中的一个或多个H原子可进一步被D所取代。3.根据权利要求2所述的一种苯并噻二唑硼氮衍生物，其特征在于：Ar1和Ar2分别为通式(I
‑
a)
‑
(I
‑
f)所示结构中的一个：其中，R
101
‑
R
128
彼此相同或不同，各自独立选自H、D、F、CI、Br、氰基(
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨曦，张曲，
申请(专利权)人：广州追光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：