CN104428303A - 光电材料制备 - Google Patents

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Abstract

光电活性化合物,其选自具有通式(1)至(3)的化合物,上述化合物的制备方法及用途。

Description

光电材料制备 领域
本申请涉及材料化学领域。 更具体地, 本申请涉及光电材料领域。
太阳能是人类取之不尽、 用之不竭、 清洁无污染的可再生能源。 与无机太阳能电池相比, 有机太阳能电池具有质轻、 价廉、 可溶液处 理、 高的机械柔性、 可制成柔性大面积器件等优点。 二维结构的具有 确定分子量的分子体系, 具备了小分子分离纯化过程简便的优点, 又 具备聚合物成膜性好的优点, 可以大幅度提高目标分子的吸光范围及 吸收系数, 获得较高的载流子迁移率, 从而可以制备高效率的有机太 阳能电池。
一方面, 本申请涉及通式(1)至通式 (3)化合物:
通式(1)
其中,
X选自 0、 S 或 Se,
n和 m独立地为 1至 50的整数,
1^至 1 4分别独立地选自 H、 d-C^烷基、 C3-C3o环烷基、 d-Cso 烷氧基或其 素取代的衍生物, 其中 和 R2可以相同也可以不同, 八1至八4分别独立地为 H、 CrC3。烷基、 C3-C3。环烷基、 d-Cso烷 氧基或其! ¾素取代的衍生物, 或有机共轭单元, 以及
0 和 D2分别独立地为桥连的有机共轭单元。 又一方面, 本申请涉及下列化合物 87- 159:
90 91 92
S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV
134 135
i-CsHi
148 149 151
另一方面, 本申请涉及制备通式 (1)至通式 (3)化合物的方法, 其包 括双醛端基化主链中间体与 A端基前体化合物在溶剂和催化剂的存在 下进行克内费纳格尔(Knoe venagel)缩合反应得到所述通式( 1 )至通式 (3 ) 化合物。
再一方面 本申请涉及通式(1)至通式 (3)化合物在制备场效应晶体 管中的用途。
又一方面 本申请涉及通式(1)至通式 (3)化合物在制备有机发光二 极管中的用途
另一方面 本申请
的用途。
再一方面 本申请
的场效应晶体管。
又一方面,本申请涉及包含具有通式( 1 )至通式 (3)化合物的活性层 的有机发光二极管器件,
另一方面,本申请
效应管的活性层。
再一方面,本申请: ¾
光二极管的活性层。
又一方面,本申请
件。
另一方面, 本申请涉及制备场效应晶体管的方法, 其包括向所述 场效应晶体管提供具有通式 (1)至通式 (3)化合物。
再一方面, 本申请涉及制备有机发光二极管的方法, 其包括向所 述有机发光二极管提供权具有通式(1)至通式 (3)化合物。
又一方面, 本申请涉及制备光伏器件的方法, 其包括向光伏器件 提供具有通式 (1)至通式 (3)化合物。 附图说明
图 1示出了本申请实施例 3中化合物 22的溶液与薄膜的紫外可见 吸收光谱。
图 2示出了本申请实施例 3中化合物 22在不同给受体比例下的电 流密度 -电压曲线。
图 3示出了本申请实施例 3中化合物 22与 C71PCBM在 1:0.8重 量比下添加 PDMS的电流密度 -电压曲线。 详述
在以下的说明中, 包括某些具体的细节以对各个公开的实施方案 提供全面的理解。 然而, 相关领域的技术人员会认识到, 不采用一个 或多个这些具体的细节, 而采用其它方法、 部件、 材料等的情况下可 实现实施方案。
除非本申请中另外要求, 在整个说明书和其后的权利要求书中, 词语 "包括" 和 "包含" 应解释为开放式的、 含括式的意义, 即 "包 括但不限于" 。
在整个本说明书中提到的 "一实施方案" 或 "实施方案" 或 "在 另一实施方案中" 或 "在某些实施方案中" 意指在至少一实施方案中 包括与该实施方案所述的相关的具体参考要素、 结构或特征。 因此, 在整个说明书中不同位置出现的短语 "在一实施方案中" 或 "在实施 方案中" 或 "在另一实施方案中" 或 "在某些实施方案中" 不必全部 指同一实施方案。 此外, 具体要素、 结构或特征可以任何适当的方式 在一个或多个实施方案中结合。 定义
由表明在所示化学基团中找到的碳原子总数的简化符号在前面标 示本文中命名的某些化学基团。 例如, C7-C12烷基描述具有总数为 Ί 至 12个碳原子的如下定义的烷基,并且 C4-C12环烷基烷基描述具有总 数为 4至 12个碳原子的如下定义的环烷基烷基。简化符号中碳原子总 数并不包含可能存在于所述基团的取代基中的碳。
因此, 非另有相反的说明, 否则说明书及所附权利要求中所用的 下列术语具有以下的意思:
在本申请中, 术语 "烷基" 系指由碳和氢原子组成的, 不含不饱 和键的, 具有 1至 30个碳原子的, 尤其是具有 1至 12个碳原子或 1 至 8个碳原子的, 且由单键与分子的其余部分相连的直链或支链烃链 基团, 例如甲基、 乙基、 正丙基、 1-甲基乙基 (异丙基)、 正丁基、 正戊 基、 1 , 1-二甲基乙基 (叔丁基)、 辛基等。
在某些实施方案中, 烷基是 CrC3。烷基。 在某些实施方案中, 烷 基是 CrC12烷基。 在某些实施方案中, 烷基是 CrC8烷基。
烷基基团可以是任意取代的, 亦即取代或未取代的。 当被取代时, 取代基团是单独地并且独立地选自下列的一个或多个基团: 环烷基、 芳基、 杂芳基、 杂脂环基、 羟基、 烷氧基、 芳氧基、 巯基、 烷硫基、 芳硫基、 氰基、 代、 羰基、 硫代羰基、 0-氨基甲酰基、 N-氨基甲酰 基、 0-硫代氨基甲酰基、 N-硫代氨基曱酰基、 C-酰氨基、 N-酰氨基、 S-亚磺酰氨基、 N-亚磺酰氨基、 C-羧基、 0-羧基、 异氰酸根合、 氰硫 基、 异硫氰酸根合、 硝基、 甲硅烷基、 三面代曱烷磺酰基、 -NR'R" 或包括单-和二-取代的氨基基团在内的氨基, 及其被保护的衍生物。
在某些实施方案中, CrC3o烷基被 素取代。 在本申请中, 术语 "环烷基" 指仅由碳和氢原子组成的, 具有三 至十五个碳原子的,尤其是具有 3至 30个碳原子的,并且其为饱和的, 并且通过单键与分子的其余部分相连的稳定的非芳香族单环或双环烃 基团, 例如环丙基、 环丁基、 环戊基、 环己基、 环癸基等。
在某些实施方案中, 环烷基是 C3-C3o环烷基。在某些实施方案中, 环烷基是 C3-C12环烷基。 在某些实施方案中, 环烷基是 ( 3-( 8环烷基。
环烷基基团可以是任意取代的, 亦即取代或未取代的。 当被取代 时, 取代基团是单独地并且独立地选自下列的一个或多个基团: 环烷 基、 芳基、 杂芳基、 杂脂环基、 羟基、 烷氧基、 芳氧基、 巯基、 烷硫 基、 芳硫基、 氰基、 代、 羰基、 硫代羰基、 0-氨基甲酰基、 N-氨基 甲酰基、 0-硫代氨基甲酰基、 N-硫代氨基甲酰基、 C-酰氨基、 N-酰氨 基、 S-亚横酰氨基、 N-亚磺酰氨基、 C-羧基、 0-羧基、 异氰酸根合、 氰硫基、异硫氰酸根合、硝基、 甲硅烷基、三面代甲烷磺酰基、 -NR'R" 或包括单-和二-取代的氨基基团在内的氨基, 及其被保护的衍生物。
在某些实施方案中, C3-C30环烷基被卤素取代。
在本申请中, 术语 "烷氧基" 是指通式 -OR, 其中 R是上文所定 义的烷基, 如甲氧基、 乙氧基、 正丙氧基、 1-甲基乙氧基 (异丙氧基)、 正丁氧基、 异丁氧基、 仲丁氧基、 叔丁氧基、 戊氧基、 叔戊氧基等。 烷氧基基团的烷基部分可以如对上述烷基基团定义的那样被任意地取 代。
在某些实施方案中,烷氧基是 crc3。烷氧基。在某些实施方案中, 烷氧基是 (^-( 12烷氧基。 在某些实施方案中, 烷氧基是 (^-(^烷氧基。
在某些实施方案中, crc3()烷氧基被面素取代。
在本申请中, 术语 "卤素" 系指溴、 氯、 氟或碘。
在本申请中, 术语 "有机共轭单元" 系指具有芳香性或与其它单 元能形成分子内共轭的有机分子单元。 具体实施方式
一方面, 通式(1)至通式 (3)化合物:
通式 (3) X选自 0、 S或 Se,
n和 m独立地为 1至 50的整数,
1^至 1 4分别独立地选自 H、 CrC3()烷基、 C3-C3。环烷基、 C C3o 烷氧基或其 素取代的衍生物, 其中 和 R2可以相同也可以不同, 八丄至 八 分别独立地为 H、 d-Cso烷基、 C3-C30环烷基、 d-Cso烷 氧基或其 素取代的衍生物, 或有机共轭单元, 以及
0 和 D2分别独立地为桥连的有机共轭单元。
在某些实施方案中, 通式(1)至通式 (3)化合物中的入 至 A4分别独 立地为 H、 CrC3。烷基、 C3-C3。环烷基、 CrC3。烷氧基或其 素取代物, 或者分别独立地选自基团 1至 33中的任何一种:
其中, R5和 R6分别独立地选自 H、 d-C3。烷基、 C3-C3。环烷基、 d-Cso烷氧基、 或其 素取代的衍生物, 其中 R5和 R6可以相同也可 以不同, 以及 X-为能够使八1至 A4形成中性基团的阴离子。
在某些实施方案中, 通式(1)至通式 (3)化合物中的 D^ D2分别独 立地选自基团 34至基团 60:
其中 R7和 R8分别独立地选自 d-C 烷基、 C3-C30环烷基、 C C3o 烷氧基或其 素取代的衍生物, 并且 R7和 R8可以相同也可以不同。
在某些实施方案中, 通式(1)至通式 (3)化合物中的入 至 A4分别独 立地选自基团 1、 12、 20-24和 26-30, 其中 至 A4可以相同也可以 不同, 至 分别独立地选自 H、 d-C^烷基、 C3-C30环烷基、 d-Cgo 烷氧基、 或其 素取代的衍生物, 并且 1^至 可以相同也可以不同, X—为能够使八1至 A4形成中性基团的阴离子。
在某些实施方案中, 通式(1)至通式 (3)化合物中的。 和 D2分别独 立地选自 34、 40、 41、 43、 49、 52、 55或 59, 其中 0 和 02可以相 同也可以不同, 至 R8分别独立地选自 H、 d-C^烷基、 C3-C30环烷 基、 CrC3。烷氧基、 或其面素取代的衍生物, 并且 1^至 1 8可以相同 也可以不同, X—为能够使八1至 A4形成中性基团的阴离子。
在某些实施方案中, 通式(1)至通式 (3)化合物中的 X为 S , 1
A2分别独立地选自基团 1、 12、 20-24或 26-30, 其中 A^ A2可以相 同也可以不同, A3和 A4分别独立地选自 d-Cso烷基、 d-Cso烷氧基或 其卤素取代的衍生物, 其中 A3和 A4可以相同也可以不同, 至 R8 分别独立地选自 H、 -C^o烷基、 C3-C3。环烷基、 -C 烷氧基、 或其 卤素取代的衍生物, 并且 1^至 可以相同也可以不同, X—为能够使 八 至 A4形成中性基团的阴离子。
在某些实施方案中, 通式(1)至通式 (3)化合物中的 X为 S, 1和 A2分别独立地选自基团 1或 12, 其中 A2可以相同也可以不同, A3和 A4分别独立地选自 CrC3。烷基、 CrC3。烷氧基或其 素取代的衍 生物,其中 A3和 A4可以相同也可以不同, 1^至1 8分別独立地选自 H、 d-c^烷基、 C3-C3。环烷基、 d-C3。烷氧基、 或其卤素取代的衍生物, 并且 至 R8可以相同也可以不同, X-为能够使八1至 A4形成中性基 团的阴离子。
在某些实施方案中, 通式(1)至通式 (3)化合物中的 X为 S , 01和 D2分别独立地选自基团 34、 40、 41、 43、 49、 52、 55或 59, 其中 和 D2可以相同也可以不同, 至 分别独立地选自 H、 d-C^烷基、 C3-C3。环烷基、 CrC3。烷氧基、 或其 素取代的衍生物, 并且 至 可以相同也可以不同, X为能够使 A 至 A4形成中性基团的阴离子。
在某些实施方案中, 通式 (1)至通式 (3)的化合物的结构选自:

S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV
其中, n和 m分别为 1至 50的整数; 以及
R9至 R14分别独立地选自 H、 d-C^烷基、 C3-C3o环烷基、 d-C 烷氧基或其 素取代的衍生物, 并且 至 R14可以相同也可以不同。
在某些实施方案中, 通式(1)至通式 (3)化合物选自化合物 1-86:
S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV
30
.9S6ST/CI0Z OAV
S9^000/CT0ZN3/X3d .9S6Sl/CtOZ: OAV :6 ΐ-Δ8 ^ Η 丄 4 'Φ^
S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV
S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV
S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV
134 135
另一方面, 本申请涉及制备通式(1)至通式 (3)化合物的方法, 其包 括双醛端基化 Μ链与 Α端基前体化合物在溶剂和催化剂的存在下进行 克内费纳格尔(Knoevenagel)缩合反应, 得到所述通式(1)至通式 (3)化合 物。
在某些实施方案中,所述制备通式(1)至通式 (3)化合物的方法中使 用的催化剂为酸性催化剂。 在某些实施方案中, 所述制备通式 (1)至通 式 (3)化合物的方法中使用的催化剂为弱酸性催化剂。
能够用于本申请所述制备通式(1)至通式 (3)化合物的方法中的示 例性的弱酸性催化剂的实例包括但不限于乙酸铵、丙酸铵以及丁酸铵。
在某些实施方案中,所述制备通式(1)至通式 (3)化合物的方法中使 用的催化剂为乙酸铵。
在某些实施方案中,所述制备通式(1)至通式 (3)化合物的方法中使 通
例性的碱性催化剂的实例包括但不限于三乙胺和哌啶。
在某些实施方案中,所述制备通式(1)至通式 (3)化合物的方法中使 用的催化剂为哌啶。
在某些实施方案中,所述制备通式(1)至通式 (3)化合物的方法中使 用的溶剂为酸性溶液。 在某些实施方案中, 所述制备通式(1)至通式 (3) 化合物的方法中使用的溶剂为弱酸性溶液。 例性的弱酸性溶液的实例包括但不限于乙酸、 丙酸以及丁酸。
在某些实施方案中,所述制备通式(1)至通式 (3)化合物的方法中使 用的溶剂为乙酸。
在某些实施方案中, 制备通式(1)化合物的方法如下所示
步骤① 无水, 无氧, 氩气保护下, 甲苯为溶剂, Pd(PPh3)4为催 化剂, 催化剂用量 0.1-20mol% , 单醛端基溴代物与的双锡化单体的物 质的量的比为 1:0.5, 加热回流反应 1-7天;
步骤②氩气保护下, 甲苯为溶剂, Pd(PPh3)4为催化剂, 催化剂用 量 0.1-20mol% , 加入适量 2 mol/L的 K2C03水溶液, 单醛端基溴代物 与双频哪醇硼酸酯的物质的量的比为 1 :0.5 , 加热回流反应 1-7天; 步驟③ 乙酸为溶剂, 乙酸铵为催化剂, 催化剂用量 20mol% , 若 八12相同, 则使用 1-10倍摩尔量, 加热回流 24小时, 或者氯仿为 溶剂, 三乙胺为催化剂, 催化剂用量 20mol% , 加热回流 24小时。 若 八丄与 A2不同,先八 与双醛化物首先 1 :1摩尔比反应,然后与 A2( 1-10 倍摩尔量) 反应, 其它条件同上。
其中步骤①和步骤②为平行反应, 即为得到下一步产物, 采用步 骤①或者步骤②, 但不能同时使用。
在某些实施方案中, 使用与制备通式 (1)化合物类似的方法制备通 式 (2)化合物和通式 (3)化合物。
再一方面,本申请涉及通式(1)至通式 (3)化合物在制备场效应晶体 管中的用途。
又一方面,本申请涉及通式(1)至通式 (3)化合物在制备有机发光二 极管中的用途。 的用途。
在某些实施方案中,通式 (1)至通式 (3)化合物制备的光伏器件是光 敏化太阳能电池器件。
在某些实施方案中,通式 (1)至通式 (3)化合物制备的光伏器件是有 机太阳能电池器件。
另一方面,本申请涉及包含具有通式(1)至通式 (3)化合物的活性层 的场效应晶体管。 的有机发光二极管器件。 ^ ^ ' 另一方面,本申请涉及包含具有通式 (1)至通式 (3)化合物的有机场 效应管的活性层。
再一方面,本申请: ¾ 光二极管的活性层。 件。 " '
在某些实施方案中, 所述光伏器件为光敏化太阳能电池器件。 另一方面, 本申请涉及制备场效应晶体管的方法, 其包括向所述 场效应晶体管提供具有通式 (1)至通式 (3)化合物。
在某些实施方案中, 向有机场效应管的活性层提供具有通式 (1)至 通式 (3)化合物。
再一方面, 本申请涉及制备有机发光二极管的方法, 其包括向所 述有机发光二极管提供权具有通式(1)至通式 (3)化合物。
在某些实施方案中, 向所述有机发光二极管的活性层提供具有通 式(1)至通式 (3)化合物。
又一方面, 本申请涉及制备光伏器件的方法, 其包括向光伏器件 提供具有通式 (1)至通式 (3)化合物。
在某些实施方案中, 向光敏太阳能电池器件提供具有通式(1)至通 式 (3)化合物。
在某些实施方案中, 向光敏太阳能电池器件的光活性层具有通式 (1)至通式 (3)化合物。
在某些实施方案中, 向有机太阳能电池器件提供具有通式 (1)至通 式 (3)化合物。
在某些实施方案中, 向所述有机太阳能电池器件的光活性层提供 具有通式 (1)至通式 (3)化合物。
本申请涉及的有机二维共轭化合物结合了聚合物和共轭小分子的 优点, 与常用的聚合物相比具有精确的分子量、 可控的结构、 简单的 纯化过程, 与普通的共轭小分子相比又具有较好的溶解度, 使溶剂化 过程成为可能, 可制成薄膜, 有利于制备高性能的有机场效应三极管 和包括光敏以及有机太阳能电池器件在内的光伏器件。
使用本申请涉及的有机二维共轭化合物制备的有机薄膜太阳能电 池具有染料敏化电池材料高摩尔吸光系数的特点, 同时有保留了有机 太阳能电池可成柔性薄膜的特点。
下文中, 本发明将参照附图通过如下实施例进行详细解释以便更 好地理解本发明的各个方面及其优点。 然而, 应当理解, 以下的实施 例是非限制性的而且仅用于说明本发明的某些实施方案。 实施例
实施例 1
中间体的合成
1) 2-溴 -3-辛基噻吩的合成
在盛有 3-辛基噻吩(10.00 g, 50.93 mmol)的 250 mL双口瓶中加入 60 mL DMF。 冰盐浴下, 滴入 NBS(9.26 g, 52.03 mmol)的 60 mL DMF 溶液。 滴毕, 緩慢升到室温, 室温搅拌过夜。 停止反应, 倒入 200 mL 水中, 二氯甲烷 (60 mLx4)萃取。 有机相依次用氢氧化钾水溶液 (2 M, 100 mL) , 饱和食盐水(lOO mL)和水(100 mLx2)洗, 无水 4 酸钠千燥。 减压除去溶剂, 以石油醚为淋洗剂, 过柱分离, 得 12.60 g油状液体, 产率为 89%。
其结构式如下所示:
2) 中间体 87的合成
在盛有镁屑(704 mg, 28.96 mmol)的 100 mL双口瓶中加入 20 mL 乙醚, 氩气保护下, 緩慢滴入 2-溴 -3-辛基噻吩 (4.00 g, 14.56 mmol)、 1,2-二溴乙烷(1.37 g, 7.28 mmol)和 20 mL乙醚的混合液。 滴毕, 加热 回流 4 小时, 降到室温。 将所得格氏试剂緩慢滴入到盛有 Ni(dppp)Cl2(177 mg, 0.326 mmol). 2,5-二溴噻吩 (1.40 g, 5.56 mmol)和 25 mL乙醚的混合液。滴毕,加热回流 18小时。降到室温,加入 20 mL 稀盐酸 (2 M), 倒入 200 mL水中, 二氯甲烷(100 mLx3)萃取。 有机相 依次用碳酸钠水溶液 (2 M, 100 mL) , 饱和食盐水(100 mL)和水(100 mL) 洗, 无水硫酸钠干燥。 减压除去溶剂, 以石油醚为淋洗剂, 过柱分离, 得 2.30 g浅黄色油状液体, 产率为 84%。
其结构式如下所示:
3) 中间体 90的合成
在盛有中间体 87 (1.20 g, 2.54 mmol) 的 250 mL双口瓶中, 加入 30 mL氯仿和 30 mL 冰乙酸, 降温至 0 。C下, 将 NBS (0.96 g, 5.39 mmol) 分批加入, 约 20 min加完。 室温下搅拌 3小时后, 将反应物倒 入 100 mL水中, 二氯曱烷(100 mLx3)萃取。 有机相依次用碳酸钠水溶 液 (2 M, 100 mL), 饱和食盐水(100 mL)和水(100 mL)洗, 无水硫酸钠 干燥。 减压除去溶剂, 以石油醚为淋洗剂, 过柱分离, 得 1.60 g黄色 油状液体, 产率为 100%。
其结构式如下所示:
4) 中间体 92的合成
氩气保护下, 在盛有中间体 87(3.65 g, 7.72 mmol)的 250 mL三口 瓶中,加入 100 mLTHF。降温至 -78。C,滴加 n-BuLi的正己烷溶液 (3.3ml 2.4M, 2.92 mmol)后, 升温至 -40。C反应 lh。 再降温至 -78。 (:, 滴入三 丁基氯化锡 (3.02 g, 9.26 mmol) , 室温搅拌过夜。 将反应物倒入 100 mL 水中, 乙酸乙酯 (30 mLx3)萃取。 有机相依次用水(100 mL), 饱和食盐 水 (100 mL)和水 (100 mL)洗, 无水硫酸钠干燥。 减压除去溶剂, 得橙 黄色油状液体 4.83g, 产率 82%。
其结构式如下所示:
氩气保护下, 5'-溴 -3,4'-二辛基 -2,2'-二噻吩 -5-醛 (3.67 g, 7.38 mmol)和 2-三丁锡 -4-辛基噻吩 (3.64 g, 7.50 mmol)的甲苯 (60 mL)溶 液中加入 Pd(PPh3)4 (0.17 g, 0.15 mmol), 100。C 下反应 24h后,反应 液到人水 (100 mL)中, 二氯甲烷(100 mLx3)萃取, 无水^ i酸钠干燥。 减压除去溶剂, 以石油醚和二氯曱烷的混合液 (体积比 1 :1)为淋洗剂, 过柱分离, 得 4.08 g黄色油状产品, 产率为 90%。
5)中间体 97的合成
在盛有中间体 95 (0.33 g, 0.54 mmol) 的双口瓶中, 加入 60mL
DMF, 降温至 0 °C下, 将 NBS (0.11 g, 0.62mmol) 分批加入。 室温下 搅拌 4小时后,将反应物倒入 100 mL水中,二氯甲烷(100 mLx3)萃取。 有机相依次用碳酸钠水溶液 (2 M, 100 mL), 饱和食盐水(100 mL)和水 (100 mL)洗, 无水^ L酸钠千燥。 减压除去溶剂, 以石油醚和二氯甲烷 (1 :5)为淋洗剂, 过柱分离, 得 0.36 g产品, 产率为 97%。
其结构式如下所示:
6) 中间体 99的合成
在盛有镁粉 (0.36 g, 14.48 mmol)的 100 mL双口瓶中加入 20 mL乙 醚, 氩气保护, 室温下滴入 2-溴 -3-辛基噻吩 (2.00 g, 7.28 mmol) , 1,2- 二溴乙烷 (0.34 g, 1.82 mmol)和 20 mL乙醚的混合液, 滴毕, 加热回流 4小时。 氩气保护下将所得格氏试剂滴入到盛有中间体 4 (1.54 g, 2.44 mmol), Ni(dppp)Cl2(90 mg, 0.17 mmol) 和 20 mL乙醚的混合液中, 约半小时滴完。 加热回流 20小时, 降到室温后, 加入稀盐酸 (20 mL, 1 M) , 搅拌 5 分钟, 将反应液倒入 100 mL水中, 二氯甲烷(100 mLx3) 萃取。 有机相依次用水 (100 mL), 饱和食盐水(100 mL)和水 (100 mL) 洗, 无水硫酸钠干燥。 减压除去溶剂, 以石油醚为淋洗剂, 过柱分离, 得 1.75g金黄色油状液体, 产率为 83%。
其结构式如下所示:
7) 中间体 101的合成
0°C下, 将 P0C13 (0.84 mL, 9.2 mmol)緩慢滴入到 DMF (4.24 mL, 55.0 mmol)中, 搅拌 10分钟, 氩气保护下取十分之一的所得液滴入到 盛有 13(0.79 g, 0.92 mmol) 和 30 mL 1,2-二氯乙烷的混合液中。加热到 70°C反应 24小时, 冷至室温, 倒入 200 mL冰水中, 碳酸钠中和, 二 氯甲烷 (100 mLx3)萃取。 有机相依次用水 (100 mL) , 饱和食盐水 (100 mL)和水(lOO mL)洗, 无水矽 υ酸钠千燥。 减压除去溶剂, 以石油醚和二 氯甲烷的混合液 (体积比 1 : 1)为淋洗剂,过柱分离,得 0.46 g红色固体, 产率为 56%。
其结构式如下所示:
8) 中间体 102的合成
在盛有中间体 15 (0.32 g, 0.36 mmol)的 100 mL双口瓶中,加入 30 mL氯仿和 30 mL 冰乙酸, 将 NBS(64 mg, 0.36 mmol)分批加入, 约 20 min加完。 室温下搅拌 3小时后, 将反应物倒入 100 mL水中, 二氯曱 烷(100 mLx3)萃取。 有机相依次用碳酸钠水溶液 (2 M, 100 mL), 饱和 食盐水 (100 mL)和水 (100 mL)洗, 无水硫酸钠干燥。 减压除去溶剂, 以石油醚为淋洗剂, 过柱分离, 得 0.31 g红色固体, 产率为 89%。
其结构式如下所示: CsHi7 C8H1 7
9) 中间体 104的合成
氩气保护下,在盛有 2,6-双三曱基锡 -4,8-二 (5,-异辛基噻吩)苯并二 噻吩 (0.65g, 0.72 mmol)、中间体 91 ( 0.87g, 1.50mmol)和 30 mL干燥曱苯 的反应瓶中加入三苯基膦钯 (0.050g, 0.043mmol), 110°C 搅拌 24小时。 将反应液倒入 100 mL水中, 二氯甲烷 (40 mLx3)萃取。 有机相水 50 mLx3洗, 无水^^酸钠干燥。 减压除去溶剂, 以二氯甲烷 -石油醚为洗 脱剂, 过柱分离, 得 0.52g褐色固体, 产率为 46%。
其结构式如下所示:
10) 中间体 115的合成
方法同 104的合成, 偶联中间体由 97替代 91 , 产率为 45%。
其结构式如下所示:
23) 中间体 126的合成
方法同 104的合成, 偶联中间体由 102替代 91, 产率为 40%。
其结构式如下所示:
实施例 2
氩气保护下, 在盛有中间体 104(193mg, O.lmmol), 十倍摩尔当量 的腈基乙酸辛酯和 100 mL千燥三氯曱烷双口瓶中滴入几滴三乙胺, 室温搅拌过夜。 倒入 100 mL水中, 二氯曱烷 (80 mLx3)萃取。 有机相 依次用水 (80 mL), 饱和食盐水 (80 mL)和水 (80 mL)洗, 无水硫酸钠干 燥。 减压除去溶剂, 以石油醚-二氯曱烷 =2: 3为洗脱剂, 过柱分离, 得到褐色固体, 产率为 88%。 MALDI-TOF MS (m/z) : C114H152N2O4S10 [M]+, 理论值: 1932.89; 实测值: 1932.90。
化合物结构如下:
实施例 3
氩气保护下, 在盛有中间体 104(186mg, O.lmmol), 十倍摩尔当量 的 3-乙基洛丹宁和乙酸铵 (2mg, 0.012mmol), 搅拌加热回流过夜。 降 到室温,倒入 200mL水中,加入 80mL二氯曱烷萃取,有机相加入 80mL 水洗 (三次)。 有机相无水硫酸镁干燥, 过滤, 旋千, 以二氯甲烷和石 油醚 (2: 1)为淋洗剂,柱色谱分离, 产率为 66% , MALDI-TOF MS (m/z) : C102H128N2O2S14 [M]+, 理论值: 1860.60; 实测值: 1860.60。
结构式如下所示:
实施例 4
合成方法同实施例 2, 只是用中间体 109代替中间体 104, 收率 43% , MALDI-TOF MS Ow/z): C138H188N204S12 [M]+, 理论值: 2321.12; 实测值: 2321.13ο
其结构式如下所示:
实施例 5
合成方法同实施例 3 , 只是用中间体 109代替中间体 104, 收率 41% , MALDI-TOF MS (w々): C126H164N202S16 [M]+, 理论值: 2248.83; 实测值: 2348.84。
其结构式如下所示:
实施例 6
合成方法同实施例 2, 只是用中间体 126代替中间体 104, 收率 40% , MALDI-TOF MS (w々): C162H224N204S14 [M]+, 理论值: 2709.34; 实测值: 2710.34。
其结构式如下所示:
实施例 7
合成方法同实施例 3, 只是用中间体 126代替中间体 104, 收率 39% , MALDI-TOF MS (w々): C15。H2。。N202S18 [M]+, 理论值: 2637.05; 实测值: 2637.06。
其结构式如下所示: 实施例 8
合成方法同实施例 3 , 只是用中间体 137代替中间体 104, 收率 36% , MALDI-TOF MS (m/z): C142H196N202S16Si2 [M]+ , 理论值: 2529.03 ; 实测值: 2529.06。
其结构式如下所示:
实施例 9
合成方法同实施例 3 , 只是用中间体 141 代替中间体 104, 收率 29% , MALDI-TOF MS (m/z): C19。H268N202S2。Si2 [M]+ , 理论值: 3305.48; 实测值: 3305.49。
其结构式如下所示:
实施例 10
化合物 22的紫外可见光谱测试
将实施例 3 中化合物 22分别配成 10—5和 10—2mol/L的氯仿溶液, 前者溶液测量溶液紫外吸收, 后者溶液于 1200rpm在石英片上甩膜, 测量膜的紫外吸收, 扫描范围均为 300-1000nm, 测量仪器为 Jasco V-570 UV/VIS/NIR Spectrophotometer 0紫外可见吸收光谱如图 1所示。 实施例 11
以实施例 3中的化合物为电子给体的太阳能电池器件的制备与测试 器件结构为 ITO/PEDOT:PSS/22:PC71BM/LiF/Al。 具体制备过程 为: 首先将 ITO (氧化铟锡, 阳极)玻璃进行预处理, 具体步骤如下: 首 先用清洗剂擦洗 ITO玻璃, 去离子水冲洗千净, 然后将 ITO玻璃依次 用丙酮、 异丙醇溶剂超声清洗各 20分钟, 取出后放入烘箱中烘千。 然 后再预处理过的 ITO 玻璃上旋涂一层 PEDOT:PSS(Baytron P VP Al 4083)作为阳极修饰层,待 PEDOT:PSS在 140。C加热 20分钟完全干燥 后, 冷却后将 22:PC71BM混合物的氯仿溶液旋涂在 PEDOT:PSS表面 作为活性层 (80 nm), 然后再蒸镀 LiF(0.8 nm)及金属电极 A1 (60 nm)。 在蒸镀过程中保持真空度低于 3xl0-4 Pa。 在标准太阳光 (AM 1.5G)辐 照条件下, 使用计算机控制的 Keithley 2400数字源表对器件性能进行 测试。 器件的电流密度-电压曲线如图 2所示, 性能参数列于表 1。 表 1 : 实施例 3中的化合物以不同给受体比制备的太阳能电池性能比较 (光强为 100 mW/cm2 AM 1.5G照射条件下测量) 开路电压 短路电流密度 填充因子 能量转换效率 器件参数
Voc (V) Jsc (mA cm"2) FF (%) PCE (%)
22/PC71BM (1 :0.6) 0.91 12.20 57.0 6.33
22/PCTIBM (1 :0.8) 0.91 13. 15 62.8 7.5 1
22/PCTIBM (1 : 1) 0.91 1 1 .38 54.0 5.59
22/PCTIBM (l : l)a 0.93 13. 17 66.3 8.12 器件制备过程中 0.2mg/mL聚二甲氧基硅烷 (PDMS)作为添加物。 实施例 12
实施例 2、 4、 5、 6、 7、 8和 9中化合物作为电子给体的有机太阳能电 池器件的制备
ITO玻璃的清洗处理以及 PSS-PEDOT旋涂与实施例 11相同。 待 PEDOT:PSS在 140。C加热 20分钟完全千燥后,冷却后将 donor:PC61BM 混合物的氯仿溶液旋涂在 PEDOT:PSS 表面作为活性层, 然后蒸镀 LiF(0.8 nm)及金属电极 A1 (60 nm)。 在蒸镀过程中保持真空度低于 3xl0"4 Pa。 在标准太阳光 (AM 1.5G)辐照条件下, 使用计算机控制的 Keithley 2400数字源表对器件性能进行测试。 器件的性能参数列于表 2。 表 2: 实施例 2、 4、 5、 6、 7、 8和 9化合物作为给体制备的有机太阳能电池性能 参数
(光强为 100 mW/cm2 AM 1.5G照射条件下测量)
短路电流密度 开路电压 填充因子 能量转换效率 化合物
Jsc (mA cm"2) Voc (V) FF (%) PCE (%) 实施例 2 1 1 .18 0.90 56 5.63 实施例 4 10.54 0.86 58 5.26 实施例 5 12.10 0.92 72 8.02 实施例 6 1 1 .38 0.80 66 6.01 实施例 7 12.59 0.81 65 6.62 实施例 8 8.98 0.82 58 4.27 实施例 9 8.02 0.80 62 3.86 由上可知, 利用本发明的化合物制备的溶液处理的本体异质结太 阳能电池器件最大光电转换效率可达到 8%以上。并且本发明的化合物 具有精确的分子量、 结构可控、 易纯化, 适用于制备具有高开路电压、 稳定性好、 柔性、 大面积的高性能有机太阳能电池。 从前述中可以理解, 尽管为了示例性说明的目的描述了本发明的 具体实施方案, 但是在不偏离本发明的精神和范围的条件下, 本领域 所述技术人员可以作出各种变形或改进。 这些变形或修改都应落入本 申请所附权利要求的范围。

Claims (1)

  1. 权利
    1. 通式(1)至通式 (3)化合物:
    通式 (2)
    通式 (3) 其中,
    X选自 0、 S 或 Se,
    n和 m独立地为 1至 50的整数,
    1^至 1 4分别独立地选自 H、 CrC3()烷基、 C3-C3()环烷基、 C C3o 烷氧基或其面素取代的衍生物, 其中 和 R2可以相同也可以不同, 八丄至 八 分别独立地为 H、 d-Cso炕基、 C3-C30环烷基、 C Cso烷 氧基或其 素取代的衍生物, 或有机共轭单元, 以及
    0 和 D2分别独立地为桥连的有机共轭单元。
    2. 如权利要求 1所述的化合物, 其中 至 A4分别独立地为 H、 C Cso烷基、 C3-C3。环烷基、 CrC3。烷氧基或其面素取代物, 或者分别 独立地选自基团 1至 33中的任何一种:
    其中, R5和 R6分别独立地选自 H、 d-Cgo烷基、 C3-C30环烷基、 d-Cso烷氧基、 或其面素取代的衍生物, 并且 R5和 R6可以相同也可 以不同, 以及 X-为能够使八1至 A4形成中性基团的阴离子。
    3. 如权利要求 1或 2所述的化合物, 其中 D2分别独立地选 自基团 34至基团 60:
    其中 R7和 R8分别独立地选自 d-C 烷基、 C3-C30环烷基、 C C3o 烷氧基或其 素取代的衍生物, 并且 R7和 R8可以相同也可以不同。
    4. 如权利要求 1至 3中任一权利要求所述的化合物, 其中
    X独立地选自 0、 S或 Se;
    八丄至 A4分别独立地选自基团 1、 12、 20-24和 26-30 , 八1至八4可 以相同也可以不同;
    0丄和 D2分別独立地选自 34、 40、 41、 43、 49、 52、 55或 59, Di和 D2可以相同也可以不同;
    其中, 1^至 R8分别独立地选自 H、 d-Cgo烷基、 C3-C30环烷基、 -C30烷氧基、 或其 素取代的衍生物, 并且 至 R8可以相同也可 以不同, X—为能够使 至 A4形成中性基团的阴离子。
    5. 如权利要求 1至 4中任一权利要求所述的化合物, 其中
    X为 S ;
    八丄和 A2分别独立地选自基团 1、 12、 20-24或 26-30, 优选基团 1 或 12 , 和 A2可以相同也可以不同;
    A3和 A4分别独立地选自 CrC3。烷基、 CrC3。烷氧基或其 素取代 的 †生物, A3和 A4可以相同也可以不同;
    0丄和 D2分别独立地选自基团 34、 40、 41、 43、 49、 52、 55或 59, Ό1和 D2可以相同也可以不同;
    其中, 1^至 R8分别独立地选自 H、 d-Cgo烷基、 C3-C3。环烷基、 d-C^烷氧基、 或其 素取代的衍生物, 并且 至 R8可以相同也可 以不同, X—为能够使八1至 A4形成中性基团的阴离子。
    6. 如权利要求 1至 5中任一权利要求所述的化合物, 其中所述化 合物的结构选自:
    64
    S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV
    其中, n和 m分别为 1至 50的整数, 优选 1至 30的整数; 以及 R9至 R14分别独立地选自 H、 CrC3。烷基、 C3-C3()环烷基、 C C3o 烷氧基或其面素取代的衍生物, 并且 R9至 R14可以相同也可以不同。
    7. 如权利要求 1至 6中任一权利要求所述的化合物, 其选自下列 化合物 1-86: ZL
    S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV
    73 VL
    S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV 9Z
    89 IS 9S
    (είΗ90)Η02Η0- 80八 ςΊ
    99 t?9 29
    S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV 9Z
    S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV LL
    S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV
    6Z
    S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV 08
    S9l7000/C10ZN3/X3d .9S6Sl/CT0Z OAV
    9. 制备权利要求 1 至 6 中任一权利要求所述的通式 (1)至 (3)化合 物的方法, 其包括双醛端基化主链中间体与 A端基前体化合物在溶剂 和催化剂的存在下进行克内费纳格尔(Knoevenagel)缩合反应得到所述 通式(1)至(3)化合物。
    10. 如权利要求 9所述的方法, 其中所述催化剂为酸性催化剂, 优选弱酸性催化剂, 更优选乙酸铵。
    11. 如权利要求 9或 10所述的方法, 其中所述催化剂为碱性催化 剂, 优选有机碱性催化剂, 优选三乙胺, 更优选哌啶。
    12. 权利要求 1至 6 中任一权利要求所述的化合物在制备场效应 晶体管中的用途。
    13. 如权利要求 12所述的用途, 其中所述化合物用于制备有机场 效应管的活性层。
    14. 权利要求 1至 6 中任一权利要求所述的化合物在制备有机发 光二极管的用途。
    15. 如权利要求 14所述的用途, 其中所述化合物用于制备有机发 光二极管的活性层。
    16. 权利要求 1至 6 中任一权利要求所述的化合物在制备光伏器 件中的用途。 17. 如权利要求 16所述的用途, 其中所述光伏器件是光敏太阳能 电池器件。
    18. 如权利要求 16所述的用途, 其中所述光伏器件是有机太阳能 电池器件。
    19. 如权利要求 16所述的用途, 其中所述化合物用于制备所述光 敏太阳能电池器件的光活性层。
    20. 如权利要求 16所述的用途, 其中所述化合物用于制备所述有 机太阳能电池器件的光活性层。
    21. 场效应晶体管, 其包含权利要求 1至 6 中任一权利要求所述 的化合物。 22. 有机发光二极管, 其包含权利要求 1至 6 中任一权利要求所 述的化合物。
    23. 有机场效应管的活性层, 其包含权利要求 1至 6中任一权利 要求所述的化合物。 24. 有机发光二极管的活性层, 其包含权利要求 1 至 6 中任一权 利要求所述的化合物。
    25. 光伏器件, 其包含权利要求 1至 6中任一权利要求所述的化 合物。
    26. 制备场效应晶体管的方法, 其包括向所述场效应晶体管提供 权利要求 1至 6中任一权利要求所述的化合物。
    27. 如权利要求 26所述的方法, 其中向所述有机场效应管的活性 层提供所述化合物。
    28. 制备有机发光二极管的方法, 其包括向所述有机发光二极管 提供权利要求 1至 6中任一权利要求所述的化合物。 29. 如权利要求 28所述的方法, 其中向所述有机发光二极管的活 性层提供所述化合物。
    30. 制备光伏器件的方法,其包括向光伏器件提供所述权利要求 1 至 6中任一权利要求所述的化合物。
    31. 如权利要求 30所述的方法, 其中所述光伏器件是光敏太阳能 电池器件。
    32. 如权利要求 30所述的方法, 其中所述光伏器件是有机太阳能 电池器件。
    33. 如权利要求 31所述的方法, 其中向所述光敏太阳 的光活性层提供所述化合物。
    34. 如权利要求 32所述的方法, 其中向所述有机太阳 的光活性层提供所述化合物。
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