【技术实现步骤摘要】
：本专利技术属于三元有机太阳能电池给体材料，涉及一种侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料及制备方法和应用；以苯并二噻吩中间核的有机太阳能小分子给体材料，以及其在有机太阳能电池中的应用，最终提升太阳能电池效率和稳定性的三元有机太阳能电池的策略。
技术介绍
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技术介绍
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1、国家大力提倡新能源的开发和利用，其中包括核能、风能、潮汐能、氢能、太阳能等。核能虽然能量密度大，且不会产生污染气体，但是运行时有放射性。风能，潮汐能和氢能的开发难度极大，并且很大程度上受到地域和条件的限制。然而太阳能因其清洁，无污染，易于开发利用等优点受到人们的关注。首先，地球上拥有丰富的太阳光能，它们取之不尽、用之不竭；其次太阳能使用地域限制很小，即使在深山、荒漠、海岛等仍然可以使用，对于解决不发达地区能源问题具有很大的优势。基于以上的优点，光伏新能源产业的发展已成为未来能源发展的重要趋势。有机太阳能电池因其原材料成本低廉、质轻与柔性化等优势，在室内光伏、可穿戴领域拥有巨大的发展潜力。然而，由于全新给体/受体材料的构建模块设计几乎饱和，以及二元共混物的光吸收覆盖率不足，其进一步改进仍然是一个艰巨的挑战。
2、串联太阳能电池的出现是为了吸收更完整的太阳光光谱，它将两个具有不同吸收光谱的器件堆叠在一起，然而其器件制备过于复杂。三元有机太阳能电池将多个给体和/或受体材料共混，在串联和二元体异质结有机太阳能电池之间实现平衡。除了增加光谱范围外，第三组分还能够调整形貌和电子传输性质以增强性能，是提高有机太阳能电池光电转换效率的有效策略，可以同时改
3、以小分子给体为第三组分的三元有机太阳能电池近年来发展迅速。例如，湘潭大学赵斌等人合成了不对称小分子给体ttbt-r。三元共混膜(pm6:ttbt-r:y6)具有纳米纤维状结构，相分离尺寸小，具有平衡的电荷传输，高的电荷迁移率和低的电荷复合，三元器件pce达到18.07％。中科院葛子义等人利用二噻吩硅酮作为π桥对三元器件的形貌进行了微调，设计合成了两种小分子给体g17和g19，g17具有非晶态取向，而g19表现出极其有序的分子取向。当掺杂到d18-cl:y6二元体系中时，g19的三元器件的pce显著提高，达到18.53％。魏等人开发了中带隙小分子给体btid-2f，将该分子作为第三组分引入pm6:l8-bo二元体系，获得了较低的能量损失和优化的形貌，pce高达18.52％。然而，使用小分子给体作为第三组分的三元有机太阳能电池表现出落后于受体材料作为第三组分的性能。因此，探索新的小分子给体作为第三个组分仍然是一个挑战。
技术实现思路
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技术实现思路
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1、本专利技术的目的在于为了克服现有三元有机太阳能电池的不足之处，提出一种基于第三组分的小分子给体材料及制备方法和使用方法，通过引入合适结晶度的小分子作为第三组分，以提高有机太阳能电池的效率以及稳定性。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料，采用苯并二噻吩作为中间核，三联噻吩作为π共轭骨架，吸电子单元氰基正辛酯作为末端基团连在三联噻吩两端，结构式为：
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4、其中，ar为下面任意一种，曲线为连接位置：
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6、其中r1和r2各自独立地选自c1-c20的烷基或c1-c20烷氧基或c1-c20烷硫基中的一种。
7、本专利技术还提供所述侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的制备方法，步骤如下：
8、步骤1：以化合物ar的摩尔量为原料苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-4,8-二酮的3倍，通过格式反应得到化合物a：
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10、步骤2：以摩尔量为化合物a的2倍的正丁基锂作为亲核试剂，再与摩尔量为化合物a的2.3倍的三甲基氯化锡通过亲核取代反应得到化合物b：
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12、步骤3：以化合物c与化合物氰乙酸正辛酯的摩尔比为1:5，通过knoevengel缩合反应得到化合物d：
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14、步骤4：化合物b与化合物d的摩尔比为1:2，通过still偶联反应及得到终产物：
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16、所述格式反应条件为：溶剂为超干四氢呋喃，化合物ar在无水无氧的条件下与正丁基锂反应制备锂化试剂，然后与苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-4,8-二酮反应。
17、所述亲核取代反应条件为：溶剂为超干四氢呋喃，正丁基锂作为亲核试剂作为氢锂交换剂，将活泼氢拔掉，再以三甲基取代原先活泼氢的位置，室温反应过夜。
18、所述knoevengel缩合反应条件为：氯仿作为溶剂，三乙胺作为缚酸剂，化合物c与化合物氰乙酸正辛酯在氮气保护下，室温反应过夜。
19、所述stille偶联反应条件为：甲苯作为溶剂，四三苯基磷钯作为催化剂，四三苯基磷钯投入摩尔量为原料b的5％，110至120摄氏度回流反应24-48小时。
20、本专利技术还提供所述侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料在制备有机太阳能电池中的应用，将苯并二噻吩基小分子给体材料制备为光电转换层用于有机太阳能电池器件，光电转换层的具体制备过程为：将苯并二噻吩基的小分子给体材料与现有的二元器件的给体材料和受体材料共混，加入溶剂溶解，得到混合溶液，将其旋涂在导电玻璃上制备成薄膜，最后制成太阳能电池器件；器件的给体材料、所述苯并二噻吩基的小分子给体材料和受体材料的摩尔比为1:0.05:1.2。
21、所述溶剂为三氯甲烷，四氢呋喃，邻二氯苯中的至少一种。
22、所述电子受体材料为y6，l8-bo，itic或其他有机电子受体材料。
23、本专利技术是所述苯并二噻吩基的小分子给体材料作为三元组分，掺杂到pm6:l8-bo二元器件中，能制备高效的三元有机太阳能电池。
24、本专利技术与现有技术相比，具有以下优势：
25、(1)本专利技术小分子给体材料使用给电子能力较强的苯并二噻吩作为中间核，提高中心核给电子能力，增加分子间的d-a作用，并且可以通过改变连接的基团，改变分子的能级，吸收和堆积方式等，进而调控分子的器件性能；通过改变三联噻吩上的烷基链，改变分子的溶解度；引入氰乙酸正辛酯作为末端基团，拓宽分子的吸收，提高分子的吸收系数，并降低小分子材料的homo能级。
26、(2)本专利技术的小分子给体材料具有宽带隙，成膜性好，制备成本低，制备条件温和，合成路线简单。
27、(3)本专利技术提供的小分子给体材料与二元器件有着本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料，其特征在于：采用苯并二噻吩作为中间核，三联噻吩作为π共轭骨架，吸电子单元氰基正辛酯作为末端基团连在三联噻吩两端，结构式为：
2.一种侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述格式反应条件为，溶剂为超干四氢呋喃，化合物Ar在无水无氧的条件下50～70摄氏度回流三个小时制备成锂化试剂，然后与苯并[1,2-B:4,5-B']二噻吩-4,8-二酮反应。
4.根据权利要求1所述侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的制备方法，其特征在于：所述亲核取代反应条件为，溶剂为超干四氢呋喃，正丁基锂作为亲核试剂作为氢锂交换剂，将活泼氢拔掉，再以三甲基取代原先活泼氢的位置，室温反应过夜。
5.根据权利要求1所述侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的制备方法，其特征在于：所述Knoevengel缩合反应条件为氯仿作为溶剂，三乙胺作为缚酸剂，化合物C与化合物氰乙酸正辛酯在氮气保护下，室温反应过夜。
6.根据权利要求1所述侧链修饰苯并
7.一种如权利要求1所述侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的使用方法，其特征在于：将苯并二噻吩基小分子给体材料作为第三组份与现有的受体材料和给体材料混合制备为光电转换层用于有机太阳能电池器件。
8.根据权利要求7所述的侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的使用方法，其特征在于：光电转换层的具体制备过程为：将苯并二噻吩基的小分子给体材料与现有的二元器件的给体材料和受体材料共混，加入溶剂溶解，得到混合溶液，将其旋涂在导电玻璃上制备成薄膜，最后制成太阳能电池器件；现有的给体材料、所述苯并二噻吩基的小分子给体材料和受体材料的摩尔比为1:0.05:1.2。
9.根据权利要求7所述的侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的使用方法，其特征在于：所述溶剂为三氯甲烷，四氢呋喃，邻二氯苯中的至少一种；所述电子受体材料为Y6，L8-BO或ITIC。
10.根据权利要求7所述的侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的使用方法，其特征在于：将苯并二噻吩基的小分子给体材料作为三元组分，掺杂到PM6:L8-BO二元器件中，制备的三元有机太阳能电池光电转换效率超过18％。
...【技术特征摘要】
1.一种侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料，其特征在于：采用苯并二噻吩作为中间核，三联噻吩作为π共轭骨架，吸电子单元氰基正辛酯作为末端基团连在三联噻吩两端，结构式为：
2.一种侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述格式反应条件为，溶剂为超干四氢呋喃，化合物ar在无水无氧的条件下50～70摄氏度回流三个小时制备成锂化试剂，然后与苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-4,8-二酮反应。
4.根据权利要求1所述侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的制备方法，其特征在于：所述亲核取代反应条件为，溶剂为超干四氢呋喃，正丁基锂作为亲核试剂作为氢锂交换剂，将活泼氢拔掉，再以三甲基取代原先活泼氢的位置，室温反应过夜。
5.根据权利要求1所述侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的制备方法，其特征在于：所述knoevengel缩合反应条件为氯仿作为溶剂，三乙胺作为缚酸剂，化合物c与化合物氰乙酸正辛酯在氮气保护下，室温反应过夜。
6.根据权利要求1所述侧链修饰苯并二噻吩基小分子给体材料的制备方法，其特征在于：所述still偶联反应条件为，甲苯作为溶剂，三...
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