System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种不对称小分子受体光伏材料及其制备方法和应用技术_技高网
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一种不对称小分子受体光伏材料及其制备方法和应用技术

技术编号:44516699 阅读:1 留言:0更新日期:2025-03-07 13:11
本发明专利技术属于有机太阳能电池材料技术领域,公开了一种不对称小分子受体光伏材料及其制备方法和应用。本申请合成了五种不对称小分子受体材料IDT‑S‑4F、IDT‑S‑4Cl、IDT‑S‑2F2Cl、IDT‑S‑2Cl2F、IDT‑2Cl2F。J‑V测试发现,不对称小分子受体PM6:X(X=IDT‑S‑4F、IDT‑S‑2F2Cl、IDT‑S‑2Cl2F)有着更高的填充因子以及电流密度。Paios测试结果表明该受体有着更高的电荷载流子迁移率,更灵敏的光电流响应速度,双分子复合和陷阱辅助复合受到了更好的抑制,更高的激子解离和电荷重组效率。DFT结果表明该受体材料拥有较小的二面角,这有利于分子间的堆积,从而使材料拥有更好的载流子迁移率。通过各种测试表明,通过构建不对称的小分子受体是一种提升器件性能的策略。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机太阳能电池材料,特别是指一种不对称小分子受体光伏材料及其制备方法和应用


技术介绍

1、随着人们对太阳能的开发利用,有机太阳能电池oscs便渐渐进入科研工作者的视线之内,而oscs又凭借其制造成本低、质量轻、可绿色溶剂加工、柔性可穿戴被广泛关注。(tang y,zheng h,zhou x,et al.n-dopants optimize the utilization ofspontaneously formed photocharges in organic solar cells[j].energy&environmental science,2023,16(2):653-662;pang b,liao c,xu x,et al.benzo[d]thiazole based wide bandgap donor polymers enable 19.54%efficiency organicsolar cells along with desirable batch-to-batch reproducibility and generalapplicability[j].advanced materials,2023,35(21):2300631.)

2、随着最近十年对光伏材料的探索,oscs的光电转化效率有了质的飞跃,同时也使其向商业化更进了一步。随着科研人员的探索发现,oscs的器件结构也基本固定为ito/pedot:pss/活性层(active layer)/pdinn/ag,而活性层中的给体材料和受体材料是重中之重,给受体的匹配更是有利于激子的解离和电荷的传输,常用的活性层结构有bhj结构(sun x,zhang c,yao y,et al.19.35% efficient binary bulk-heterojunctionorganic photovoltaic enabled by optimizing bromine-substituted self-assembledcarbazole based molecules[j].advanced functional materials,2024:2406060.)以及lbl结构(zhou m,liao c,duan y,et al.19.10% efficiency and 80.5% fill factorlayer-by-layer organic solar cells realized by 4-bis(2-thienyl)pyrrole-2,5-dione based polymer additives for inducing vertical segregation morphology[j].advanced materials,2023,35(6):2208279.),其中活性层材料的发展对器件效率的高低有着很大的影响(wang j,xue p,jiang y,et al.the principles,design andapplications of fused-ring electron acceptors[j].nature reviews chemistry,2022,6(9):614-634;gu x,zhang x,huang h.oligomerized fused-ring electronacceptors for efficient and stable organic solar cells[j].angewandte chemie,2023,135(46):e202308496;yi j,zhang g,yu h,et al.advantages,challenges andmolecular design of different material types used in organic solar cells[j].nature reviews materials,2024,9(1):46-62.)。

3、在发展的早期阶段,基于富勒烯的衍生物材料在oscs受体材料中占据主导地位,这类材料导电性较好,制备的活性层有着较快的电荷传输(dang m t,hirsch l,wantzg.p3ht:pcbm,best seller in polymer photovoltaic research[j].2011.)。但是基于富勒烯衍生物材料的吸光区间窄,带隙调控差,易结晶从而影响其制备活性层形貌等缺陷。为了弥补缺陷人们将目光放在了其他类型小分子受体材料的研发中,其中代表性材料itic(lin y,wang j,zhang z g,et al.an electron acceptor challenging fullerenes forefficient polymer solar cells[j].advanced materials,2015,27(7):1170-1174.),y6(yuan j,zhang y,zhou l,et al.single-junction organic solar cell with over15%efficiency using fused-ring acceptor with electron-deficient core[j].joule,2019,3(4):1140-1151.)。从y6发布以来,因为其电子、空穴和激子的传输速率更快、大电子耦合等优势,科研人员对其进行了深入的研究开发(zhang y,ji y,zhang y,etal.recent progress of y6-derived asymmetric fused ring electron acceptors[j].advanced functional materials,2022,32(35):2205115.)。其中btp-ec9和l8bo是其中出色的两个材料,作为y6的衍生物,btp-ec9和l8bo同时具有优秀的溶解性及可绿色溶剂加工,这也与设计理念一致。在制备的二元器件,有着更好的活性层形貌、更高效的电荷传输、更少的电荷复合使得其获得接近18%的pce(cui y,yao h,zhang j,et al.single-junction organic photovoltaic cells with approaching 18%efficiency[j].advanced materials,2020,32(19):1908205;li c,zhou j,song j,et al.non-fullerene acceptors with branched side chains and improved molecular packingto exceed 18%efficiency in organic solar cells[j].nature energy,2021,6(6):605-613.)。

4、随着新材料与新工艺的改进,聚合物材料为给体,其他小分子材料为受本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种不对称小分子受体光伏材料,其特征在于,所述不对称小分子受体光伏材料具有如式Ⅰ-Ⅴ所示的任一种结构:

2.权利要求1所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,步骤如下:

3.根据权利要求2所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中反应物1与反应物2或反应物5的物质的量比为1:1.5;吡啶与有机溶剂的体积比为1:10-20。

4.根据权利要求3所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂为氯仿。

5.根据权利要求4所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,所述油浴反应的温度为60-70℃。

6.根据权利要求5所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中三氯氧磷与DMF的体积比为1:1.4-1.6。

7.根据权利要求6所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中避光反应的温度为60-70℃。

8.根据权利要求7所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中化合物4与反应物5或反应物2的物质的量比为1:1.3-1.8;吡啶与有机溶剂的体积比为1:15-25。

9.权利要求1所述的不对称小分子受体光伏材料在制备光伏受体材料中的应用。

10.权利要求1所述的不对称小分子受体光伏材料在制备二元器件和/或三元器件中的应用。

...

【技术特征摘要】

1.一种不对称小分子受体光伏材料,其特征在于,所述不对称小分子受体光伏材料具有如式ⅰ-ⅴ所示的任一种结构:

2.权利要求1所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,步骤如下:

3.根据权利要求2所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中反应物1与反应物2或反应物5的物质的量比为1:1.5;吡啶与有机溶剂的体积比为1:10-20。

4.根据权利要求3所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂为氯仿。

5.根据权利要求4所述的不对称小分子受体光伏材料的制备方法,其特征在于,所述油浴反应的温度为60-70℃。

6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员:王坤张成高敬顺胡佳楠秦炜杰
申请(专利权)人:中原工学院
类型:发明
国别省市:

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