【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机光伏材料领域，特别涉及了一种以新型稠环噻吩为π桥修饰的d-a-d型结构有机光伏材料中间体的合成及应用。
技术介绍
0、技术背景
1、从2015年北京大学占肖卫老师报道了以ic为末端的非富勒烯受体分子itic(adv.mater.,2015,27,1170)，2016年，侯剑辉老师、李永舫老师相继报道了基于itic受体材料的工作，聚合物/非富勒烯太阳能电池的器件效率超过11％，非富勒烯受体材料以itic体系为代表得到了前所未有的发展(energ.&enviro.sci.,2017,10,546)。2017年，侯剑辉课题组通过在itic末端引入氟原子合成新的受体it-4f，与聚合物pbdb-t-sf共混获得了超过13％的单层器件效率(j.am.chem.soc.,2017,139,7148)。同年，他们通过在聚合物pbdb-t-sf噻吩桥引入酯基侧链，与受体it-4f搭配，获得了当时的单层器件最高效率值14.5％(j.am.chem.soc.,2018,140,7159),效率值远超基于富勒烯的太阳能电池单层器件光电转化效率。2018年，南开大学陈永胜老师和华南理工大学叶轩立老师课题组，结合聚合物ptb7-th与富勒烯pc71bm以及非富勒烯o6t-4f三元共混活性层，和聚合物pbdb-t与非富勒烯f-m共混活性层，获得了叠层太阳能电池的pce最高值17.3％，创造了太阳能电池效率的新纪录(science,2018,361,1094)。直到2019年，中南大学邹应萍老师课题组报道了基于新型的稠环
2、因此，新型的a(π-a')2型非富勒烯受体材料是一类很有发展潜力的光伏受体材料，作为非富勒烯受体材料与合适的中宽带系供体材料相匹配具有潜在的应用前景。开发设计新型的具有较高摩尔吸收系数、宽响应吸收光谱、合适能级以及较高载流子迁移率的非富勒烯受体分子，是未来有机太阳能电池发展的重点，寻求光伏材料性能新的突破。本课题的实施，对于揭示性能优异的非富勒烯受体分子材料的分子设计规律，获得性能优异的非富勒烯受体分子材料及其太阳能电池器件具有重要的意义。
技术实现思路
1、针对现有技术所存在的问题，我们专利技术了一种以噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥给体单元修饰的d-a-d型结构有机光伏材料中间体，这种材料的特点是以噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥单元(d)，苯并噻二唑衍生物为受体单元(a)，并以烷基链进行修饰。并对这种d-a-d型结构有机光伏材料中间体进行了光物理性能测试，开发设计获得了新型的具有较高摩尔吸收系数、宽响应吸收光谱、合适能级的光伏材料中间体。
2、因此，本专利技术的目的在于提供一种新型的，且具有广泛应用前景的光伏材料中间体，这种材料具有较好的溶解性和成膜性；在光物理测试中，该材料具有较强的捕光能力。
3、本材料在经典d-a结构基础上，通过引入平面稠环结构的tpyrol-n-c11单元，旨在实现较大的电荷离域范围，提高载流子迁移率。其中tpyrol-n-c11单元的设计与合成属于首创，专利技术的tpyrol-n-c11单元以及小分子有机光伏材料中间体btno-tpy-c11和bbt-tpy-c11有利于进一步构筑有机光伏材料的分子及其在溶剂加工型本体异质结有机太阳能电池中的应用。这种d-a-d型结构材料的分子结构以及中间体可以是下列分子的任何一种。
4、
5、
6、上述d-a-d型有机小分子光伏材料中间体，包括下面任何衍生物：
7、以4-十一烷基-4h-噻吩并[3,2-b]吡咯(tpyrol-n-c11)为π桥给体单元(d)，以5,6-二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑(btno)为拉电子基团(a)的d-a-d型有机光伏材料中间体btno-tpy-c11。
8、以4-十一烷基-4h-噻吩并[3,2-b]吡咯(tpyrol-n-c11)为π桥给体单元(d)，以苯并(双)噻二唑(bbt)为拉电子基团(a)的d-a-d型有机光伏材料中间体bbt-tpy-c11。
9、以下为具体合成路线(见说明书附图6)：
10、为了得到上述材料，本专利技术的合成方案如下：
11、d-a-d型小分子光伏材料中间体tpyrol-nh合成：4h-噻吩[3,2-b]吡咯-5-羧酸乙酯在乙二醇溶液,氢氧化钾的作用下,在加热的条件下，发生脱脂剂反应，合成得到脱去酯基的tpyrol-nh粗产品，经柱层析分离得到纯品。
12、d-a-d型小分子光伏材料中间体tpyrol-n-c11的合成：侧链1-溴代十一烷基链与tpyrol-nh在二甲基甲酰胺溶液中与氢氧化钾相互作用，加热条件下，发生亲电取代反应，合成得到烷基化修饰的tpyrol-n-c11，粗产品经柱层析分离得到纯品。
13、d-a-d型小分子光伏材料中间体sn-tpyrol-n-c11的合成：中间体tpyrol-n-c11与正丁基锂溶液在低温条件下，发生拔氢反应。再与三丁基氯化锡发生亲电取代反应，合成得到中间体sn-tpyrol-n-c11。
14、d-a-d型小分子光伏材料中间体的目标产物btno-tpy-c11的合成：中间体sn-tpyrol-n-c11与化合物4在加热条件下，在双三苯基磷二氯化钯的催化作用下，发生stille偶联反应，合成得到有机光伏中间体的目标产物btno-tpy-c11。
15、d-a-d型小分子光伏材料中间体的目标产物bbt-tpy-c11的合成：中间体sn-tpyrol-n-c11与化合物6在加热条件下，在双三苯基磷二氯化钯的催化作用下，发生stille偶联反应，合成得到有机光伏中间体的目标产物bbt-tpy-c11。
16、本专利技术的d-a-d型小分子光伏材料中间体与已公开的大多数小分子光伏材料中间体相比，其特点是：(1)引入较长的柔性烷基链1-十一烷基链进行修饰，在易于调节溶解性的同时，使小分子材料具有更好的成膜性；(2)以新型平面稠环噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥单元，很好的拓宽了分子的光谱吸收范围和摩尔吸光系数；(3)以新型平面稠环噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥单元，使小分子材料具有更强的分子间相互作用，更紧密的π-π堆积作用；(4)分子中给受体相互作用的存在，形本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种以噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥修饰的D-A-D型结构有机光伏材料中间体的合成及应用，其特征在于其结构式为式I所示。
2.根据权利要求1所述的一种以噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥修饰的D-A-D型结构有机光伏材料中间体，其特征在于，该类材料的特点是以以4-十一烷基-4H-噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥单元(D)，以苯并噻二唑衍生物为受体单元(A)。并对这种D-A-D型结构有机光伏材料中间体进行了光物理性能测试，开发设计获得了新型的具有较高摩尔吸收系数、宽响应吸收光谱、合适能级的光伏材料中间体。
3.根据权利要求1所述的一种以噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥修饰的D-A-D型结构有机光伏材料中间体，其特征在于，所述具有吸电子性质桥联受体A单元为二硝基苯并噻二唑、苯并双噻二唑、苯并噻二唑、单氟苯并噻二唑、双氟苯并噻二唑、双辛氧基苯并噻二唑。
4.根据权利要求1～3任一项所述的以噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥修饰的D-A-D型结构有机光伏材料中间体，其特征在于，引入平面稠环结构的4-十一烷基-4H-噻吩并[3,2-b]吡咯单元，旨在实现较大的电
...【技术特征摘要】
1.一种以噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥修饰的d-a-d型结构有机光伏材料中间体的合成及应用，其特征在于其结构式为式i所示。
2.根据权利要求1所述的一种以噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥修饰的d-a-d型结构有机光伏材料中间体，其特征在于，该类材料的特点是以以4-十一烷基-4h-噻吩并[3,2-b]吡咯为π桥单元(d)，以苯并噻二唑衍生物为受体单元(a)。并对这种d-a-d型结构有机光伏材料中间体进行了光物理性能测试，开发设计获得了新型的具有较高摩尔吸收系数、宽响应吸收光谱、合适能级的光伏材料中间体。
3.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，薛宇凡，曹晶晶，黄洁，熊续偲，李元琦，林冲，李作佳，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：
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