一种寡聚物受体材料、其制备方法和太阳能电池技术

本发明专利技术提供了一种寡聚物受体材料、其制备方法和太阳能电池。本发明专利技术的化合物在单一小分子受体基础上，通过选择合适的中间连接基团及端基单元，将受体单体连接为二臂，三臂及四臂的寡聚物受体。本发明专利技术的化合物同时具有合适的能级和良好的溶解性，可以作为受体材料应用于有机太阳能电池中。与单一受体相比，寡聚物拥有较高的最高未占有轨道，使高效率的材料获得高开路电压成为可能；同时与基于小分子受体的聚合物受体相比，寡聚物材料纯度更高，无批次性差异；其次，基于寡聚物受体的光伏器件表现出优异的光稳定性，这无疑是实现工业化应用的重要前提。寡聚物受体的发明专利技术在有机太阳能电池领域具有重要价值。领域具有重要价值。领域具有重要价值。

【技术实现步骤摘要】
一种寡聚物受体材料、其制备方法和太阳能电池


[0001]本专利技术属于有机材料化学领域，具体涉及一种寡聚物受体材料、其制备方法和太阳能电池。

技术介绍

[0002]环境污染，化石燃料枯竭等问题的日益严重，将人们的视野转向对绿色无污染的新能源的开发利用上，太阳能取之不尽，用之不竭，将太阳能直接转化为电能的太阳能电池是对太阳能的有效利用之一。
[0003]与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池材料来源广泛，无毒且价格低廉，重量轻，可利用卷对卷工艺实现大面积制备等优势，早已成为业界研究热点之一。
[0004]近年来，有机太阳能电池发展迅速，尤其是新型非富勒烯受体的快速发展，使得基于聚合物给体
‑
非富勒烯受体的单结有机太阳能电池的器件效率超过19％，已经达到了可商业化应用的效率，但其稳定性差，远不如无机及有机
‑
无机杂化太阳能电池，限制了其商业化应用。
[0005]其中的全聚合物太阳能电池因稳定的活性层互穿网络形貌而具有较好的热稳定性，但其效率仍低于非富勒烯小分子受体太阳能电池。基于此本专利技术的寡聚物受体因拥有较长的分子骨架，在实现高效率的同时可以形成稳定的活性层形貌保持良好的热稳定性，这对实现有机太阳能电池的商业化应用具有重要意义。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种寡聚物受体材料、其制备方法和太阳能电池。本专利技术的寡聚物受体材料，拥有较长的分子骨架，在实现高效率的同时可以形成稳定的活性层形貌保持良好的热稳定性。
[0007]在阐述本
技术实现思路
之前，定义本文中所使用的术语如下：
[0008]术语“Y系列”是指：以缺电子单元苯并噻二唑及其衍生物奎喔啉为核的非富勒烯有机受体光伏材料。
[0009]术语“IDT”是指：以引达省并二噻吩及其衍生物为核的非富勒烯有机受体光伏材料。
[0010]术语“Pd2(dba)
3”是指：三(二苄亚基丙酮)钯。
[0011]术语“ITO”是指：氧化铟锡阳极。
[0012]术语“2PACz”是指：[2
‑
(9H
‑
咔唑
‑9‑
基)乙基]膦酸，作为本专利技术寡聚物受体材料器件的空穴传输层。
[0013]术语“Y6”是指：非富勒烯受体：2，2'
‑
(2Z，2'Z)
‑
((12，13
‑
二(2
‑ꢀ
乙基己基)
‑
3，9
‑
二十一烷基
‑
12，13
‑
二氢
‑
[1，2，5]噻二唑并[3，4
‑
e]噻吩并[2“，3'：4'，5']噻吩并[2'，3'：4，5]吡咯并[3，2
‑
g]噻吩并[3，2'：4， 5]噻吩并[3，2
‑
b]吲哚
‑
2，10
‑
二基)双(甲酰基亚甲基)双(5，6
‑
二氟
‑3‑ꢀ
氧代
‑
2，3
‑
二氢
‑
1H
‑
茚
‑
2，1
‑
二亚烷)二甲腈。
[0014]术语“PM6”是指：聚合物给体：聚[2，6
‑
(4，8
‑
双(5
‑
(2
‑
乙基己基
‑3‑ꢀ
氟)噻吩
‑2‑
基)苯并[1，2
‑
b：4，5
‑
双噻吩)
‑
alt
‑
(5，5
‑
(1'，3'
‑
二
‑2‑
噻吩基
‑
5'，7'
‑
双(2
‑
乙基己基)苯并[1'，2'
‑
c：4'，5'
‑
c]二噻吩
‑
4，8
‑
二酮)]。
[0015]术语“PNDIT
‑
F3N”是指：聚[[2，7
‑
双(2
‑
乙基己基)
‑
1，2，3，6，7， 8
‑
六氢
‑
1，3，6，8
‑
四氧代苯并[lmn][3，8]菲咯啉
‑
4，9
‑
二基]‑
2，5
‑
噻吩二酰基[9，9
‑
双[3
‑
(二甲基氨基)丙基]‑
9H
‑
芴
‑
2，7
‑
二基]‑
2，5
‑
噻吩二酰基]，作为本专利技术寡聚物受体材料器件的电子传输层。
[0016]术语“Pd(OAc)
2”是指：醋酸钯。
[0017]术语“P(o
‑
tolyl)
3”是指：三(邻甲基苯基)磷。
[0018]术语“A
‑
D
‑
A型小分子受体”是指：结构为受体
‑
给体
‑
受体的小分子受体。
[0019]术语“IDIC”是指：非富勒烯受体化合物：2，2'
‑
(2Z，2'Z)
‑
((4，4， 9，9
‑
四己基
‑
4，9
‑
二氢吲哚素[1，2
‑
b：5，6
‑
b']二噻吩
‑
2，7
‑
二基)双(甲酰亚甲基)双(3
‑
氧代
‑
2，3
‑
二氢
‑
1H
‑
茚
‑
2，1
‑
二亚基))二氨基腈。
[0020]术语“ITIC”是指：非富勒烯受体化合物：3，9
‑
双(2
‑
亚甲基
‑
(3
‑
(1， 1
‑
二氰亚甲基)
‑
茚酮)
‑
5，5，11，11
‑
四(4
‑
己基苯基)
‑
二噻吩并[2，3
‑
d： 2'，3'
‑
d']‑
s
‑
吲哚酮[1，2
‑
b：5，6
‑
b']二噻吩。
[0021]术语“BO
‑
4Cl”是指：非富勒烯受体化合物：2，2'
‑
(2Z，2'Z)
‑
(12，13
‑
双(2
‑
丁基辛基)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种寡聚物受体材料，其特征在于，所述寡聚物受体材料包括小分子受体和中间连接基团，且具有多臂结构；其中，所述小分子受体的分子量为1000～3000，优选为A
‑
D
‑
A型小分子受体，更优选为非富勒烯类A
‑
D
‑
A型小分子受体化合物；和/或所述中间连接基团选自以下一种或多种：噻吩、硒酚、呋喃、连噻吩、并噻吩、苯并二噻吩、苯环基、连吡咯、双噻吩酰亚胺、乙烯基、芴、三聚茚、均三嗪、三苯胺、卟啉、三噻吩连三嗪、三噻吩并苯、四苯基乙烯、螺芴、芘。2.根据权利要求1所述的寡聚物受体材料，其特征在于：所述小分子受体的结构式选自以下一种或多种：以下一种或多种：
优选为优选为更优选为更优选为其中，X选自以下一种或多种：F、Cl、H；和/或R为直链烷基或支链烷基；优选地，所述R为1～30个碳的直链烷基或支链烷基。3.根据权利要求1或2所述的寡聚物受体材料，其特征在于：所述中间连接基团的结构式选自以下一种或多种：
优选为优选为优选为
更优选为更优选为更优选为其中，X1选自以下一种或多种：F、Cl、H；X2选自以下一种或多种：C、O、S；X3选自以下一种或多种：O、S、Se；
R为直链烷基或支链烷基；n为自然数；和/或虚线为连接位置；优选地，所述R为1～30个碳的直链烷基或支链烷基；和/或所述n为10以内的自然数。4.根据权利要求1至3中任一项所述的寡聚物受体材料，其特征在于：所述多臂结构选自以下一种或多种：二臂结构、三臂结构、四臂结构；优选地，所述二臂结构为：优选地，所述三臂结构为：优选地，所述四臂结构为：
其中，X选自以下一种或多种：F、Cl、H；和/或Y选自以下一种或多种：H、F、Cl。5.制备权利要求1至4中任一项所述的寡聚物受体材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将双醛端基前体与受体单元反应制备不对称前体化合物；(2)将步骤(1)制备的不对称前体化合物与中间连接单元反应，制备得所述寡聚物受体材料；优选地，所述步骤(1)和(2)中，所述反应结束后还包括：冷却至室温后，萃取并纯化；更优选地，所述纯化采用的淋洗液为二氯甲烷和石油醚的混合溶液。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中还包括：在惰性气体保护下，将双醛端基前体与两种受体单元、催化剂加入到有机溶剂中，进行缩合反应，得到不对称前体化合物；其中，所述惰性气体为氮气或氩气；所述催化剂选自以下一种或多种：吡啶、三乙胺、1,8
‑
二氮杂双环[5.4.0]十一碳
‑7‑
烯，最优选为吡啶；和/或所述有机溶剂为三氯甲烷；优选地，所述双醛端基前体与所述两种受体单元的的摩尔比为0.1～5:0.6～6:0.6～6，更优选为0.5～3:0.6～4:0.6～4，进一步优选为0.8～1.5:0.9～1.8:0.9～1.8，最优选为1:1.2:1.2；优选地，所述催化剂的摩尔用量为所述双醛...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓丹，张莉莉，魏志祥，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：