CN106459080A - 稠环衍生物及包含其的有机太阳能电池 - Google Patents

稠环衍生物及包含其的有机太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN106459080A
CN106459080A CN201580029619.8A CN201580029619A CN106459080A CN 106459080 A CN106459080 A CN 106459080A CN 201580029619 A CN201580029619 A CN 201580029619A CN 106459080 A CN106459080 A CN 106459080A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substituted
unsubstituted
group
same
formula
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580029619.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106459080B (zh
Inventor
林潽圭
方志原
李载澈
李志永
金填硕
曹根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
LG Corp
Original Assignee
LG Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Chemical Co Ltd filed Critical LG Chemical Co Ltd
Publication of CN106459080A publication Critical patent/CN106459080A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106459080B publication Critical patent/CN106459080B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/0803—Compounds with Si-C or Si-Si linkages
    • C07F7/081—Compounds with Si-C or Si-Si linkages comprising at least one atom selected from the elements N, O, halogen, S, Se or Te
    • C07F7/0812—Compounds with Si-C or Si-Si linkages comprising at least one atom selected from the elements N, O, halogen, S, Se or Te comprising a heterocyclic ring
    • C07F7/0816—Compounds with Si-C or Si-Si linkages comprising at least one atom selected from the elements N, O, halogen, S, Se or Te comprising a heterocyclic ring said ring comprising Si as a ring atom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D417/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00
    • C07D417/02—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00 containing two hetero rings
    • C07D417/04—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00 containing two hetero rings directly linked by a ring-member-to-ring-member bond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D417/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00
    • C07D417/14—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D415/00 containing three or more hetero rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D495/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D495/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D495/04—Ortho-condensed systems
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/40—Organosilicon compounds, e.g. TIPS pentacene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6576—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only sulfur in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. benzothiophene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

本说明书涉及稠环衍生物以及包含其的有机太阳能电池。

Description

稠环衍生物及包含其的有机太阳能电池
技术领域
申请要求于2014年6月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0070698号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
本说明书涉及稠环衍生物以及包含其的有机太阳能电池。
背景技术
太阳能电池是可通过应用光伏效应将太阳能直接转换为电能的装置。根据构成薄膜的材料，太阳能电池可分为无机太阳能电池和有机太阳能电池。典型的太阳能电池通过掺杂作为无机半导体的结晶硅(Si)而获得的p-n结来制成。通过吸收光产生的电子和空穴扩散至p-n结点，并迁移至电极同时被电场加速。该过程中的能量转换效率定义为输出到外电路的电功率与进入太阳能电池的太阳能功率之比，并且当在目前标准化的虚拟太阳辐照条件下测量时，该效率达到约24％。然而，由于相关现有技术中的无机太阳能电池在经济可行性以及材料需求和供应方面已表现出受到限制，所以容易加工、廉价且具有多种功能性的有机太阳能电池作为长期替代能源受到了关注。
对于有机太阳能电池来说，重要的是提高效率以便从太阳能输出尽可能多的电能。为了提高太阳能电池的效率，重要的是在半导体内部产生尽可能多的激子，但是将产生的电荷拉到外部而不损失也很重要。电荷损失的原因之一是产生的电子和空穴由于复合而耗散。已经提出多种方法来将电子和空穴传递到电极而不损失，但是在大多数情况下需要额外的加工，并因此可增加制造成本。
[引用列表]
[专利文件]
US 5331183
US 5454880
发明内容
技术问题
本说明书的一个目的是提供稠环衍生物以及包含其的有机太阳能电池。
技术方案
本说明书提供了由下式1表示的稠环衍生物。
[式1]
在式1中，
n1和n2各自为0至3的整数，
当n1和n2各自为2或更大时，括号中的两个或更多个结构彼此相同或不同，
[Push]为充当电子供体的结构，
X1至X4彼此相同或不同，并且各自独立地为CRR'、NR、O、SiRR'、PR、S、GeRR'、Se或Te，
Y1至Y4彼此相同或不同，并且各自独立地为CR"、N、SiR"、P或GeR"，
R、R'、R"和R1至R8彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、氘、卤素基团、腈基、硝基、酰亚胺基、酰胺基、羟基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的烷基硫基、经取代或未经取代的芳基硫基、经取代或未经取代的烷基磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的甲硅烷基、经取代或未经取代的硼基、经取代或未经取代的烷基胺基、经取代或未经取代的芳烷基胺基、经取代或未经取代的芳基胺基、经取代或未经取代的杂芳基胺基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基，
Ar1和Ar2彼此相同或不同，并且各自独立地为以下结构中的任一者，
在所述结构中，
a为1至7的整数，
b和c各自为1至4的整数，
当a为2或更大时，两个或更多个R15彼此相同或不同，
当b为2或更大时，两个或更多个R16彼此相同或不同，
当c为2或更大时，两个或更多个R17彼此相同或不同，并且
R13至R23彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、氘、卤素基团、腈基、硝基、酰亚胺基、酰胺基、羟基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的烷基硫基、经取代或未经取代的芳基硫基、经取代或未经取代的烷基磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的甲硅烷基、经取代或未经取代的硼基、经取代或未经取代的烷基胺基、经取代或未经取代的芳烷基胺基、经取代或未经取代的芳基胺基、经取代或未经取代的杂芳基胺基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基。
另外，本说明书提供了一种有机太阳能电池，包括：第一电极；设置成面对所述第一电极的第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间并且包括光活性层的一个或更多个有机材料层，其中所述有机材料层的一个或更多个层包含上述稠环衍生物。
有益效果
根据本说明书的一个示例性实施方案的稠环衍生物可通过向衍生物中引入具有电子供体特性的[Push]以及相对具有电子受体特性的Ar1和Ar2来降低HOMO能级值。当[Push]以及Ar1和Ar2被引入到衍生物时，可期待高驱动电压。另外，由于在吸收光谱中发生红移，根据本说明书的一个示例性实施方案的化合物具有较低的LUMO能级，并且由于带隙减小可在较宽的区域内吸收光，从而积极地影响装置的效率。
此外，可通过使包含[Push]和X3的稠环与包含X4的稠环直接连接诱导更有效的电子传输。
另外，由于根据本说明书的一个示例性实施方案的稠环衍生物具有优良的结晶度，因而可期待提高填充因子(FF)。
因此，稠环衍生物可被用作用于有机太阳能电池的有机材料层的材料，并且包含所述稠环衍生物的有机太阳能电池可表现出这样的特点，其对提高开路电压和短路电流和/或对提高效率等是优良的。
根据本说明书的一个示例性实施方案的稠环衍生物可单独或者与有机太阳能电池中的另一些材料混合使用，并且可期待提高效率，并且通过例如稠环衍生物的热稳定性的特点来提高装置的寿命。
附图说明
图1是示出了根据本说明书的一个示例性实施方案的有机太阳能电池的图。
图2是示出了化合物A-1的MS谱的图。
图3是示出了化合物A-1的NMR谱的图。
图4是示出了化合物A-2的MS谱的图。
图5是示出了化合物A-2的NMR谱的图。
图6是示出了化合物A-3的MS谱的图。
图7是示出了化合物A-3的NMR谱的图。
图8是示出了式1-1-1的MS谱的图。
图9是示出了式1-1-1的NMR谱的图。
图10是示出了式2的MS谱的图。
图11是示出了式2的NMR谱的图。
图12是对比式1-1-1和式2在氯苯溶液中的UV光谱的图。
图13是对比式1-1-1和式2在膜状态下的UV光谱的图。
图14是示出了式1-1-1的电化学测量结果(循环伏安法)的图。
图15是示出了式2的电化学测量结果(循环伏安法)的图。
图16是示出了使用式1-1-1和式2的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
图17是分析实验例2和比较例2的UV光谱趋势的图。
<附图标记>
101：基底
102：第一电极
103：空穴传输层
104：光活性层
105：第二电极
具体实施方式
下文中，将详细描述本说明书。
本说明书提供了由式1表示的稠环衍生物。
在本说明书中，意指连接至另外的取代基的部分。
在本说明书的一个示例性实施方案中，[Push]在稠环衍生物中充当电子供体。
在一个示例性实施方案中，[Push]的最高占据分子轨道(HOMO)能级为5.0eV至6.0eV。
在一个示例性实施方案中，[Push]的带隙为2eV至4.5eV。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Ar1和Ar2在稠环衍生物中充当电子受体。由于Ar1和Ar2作为电子受体，所以稠环衍生物的带隙可减小，并且由于在稠环衍生物的末端形成偶极子，所以电子可有效地定域。因此，电子定域于根据本说明书的一个示例性实施方案的稠环衍生物的末端，使得当稠环衍生物被引入到装置的有机材料层中时，可引起稠环衍生物的末端在装置中与电子受体相接触，并且产生的效果为，促进了电子传输到电子受体材料中。
在根据本说明书的一个示例性实施方案的稠环衍生物中，[Push]相对充当电子供体，并且Ar1和Ar2充当电子受体。在这种情况下，最低未占分子轨道(LUMO)状态的电子相对位于Ar1和Ar2中。这允许在[Push]与Ar1或Ar2之间存在极化。
本说明书可通过在[Push]与Ar1或Ar2之间引入连接体以允许在稠环衍生物中电子在Ar1或Ar2的方向上快速移动来使电子的定域最大化，所述连接体具有相对优良的平面性并且具有共轭结构(共轭作用)。在这种情况下，形成的激子可快速地在分子中移动，可使激子的极化最大化，从而具有低带隙特点。
另外，在根据本说明书的一个示例性实施方案的稠环衍生物中，[Push]结构直接连接至包含X3的环和包含X4的环。如上所述，当[Push]结构直接键合至包含X3的环或包含X4的环时，可观察到比将另外的间隔体或连接体引入到[Push]结构与包含X3的环或包含X4的环之间时更显著的红移。
此外，由于低溶解度，将另外的间隔体或连接体引入到[Push]结构与包含X3的环或包含X4的环之间的情况在制造装置方面是低效的。
在本说明书中，能级意指能量的大小。因此，即使在真空能级的负(-)方向上表示能级，也应理解为能级意指对应的能量值的绝对值。例如，HOMO能级意指真空能级与最高占据分子轨道的距离。另外，LUMO能级意指真空能级与最低未占分子轨道的距离。
此外，充当电子供体的[Push]结构在本说明书中可意指在电化学测量结果(循环伏安法)中进行氧化反应的结构。充当电子受体的Ar1和Ar2在本说明书中可意指在电化学测量结果(循环伏安法)中进行还原反应的结构。然而，充当电子受体和电子供体的结构不仅限于在各氧化反应和还原反应中观察到的那些。
在这种情况下，可在包括有机太阳能电池的装置中期待高电流和高效率，所述有机太阳能电池包含根据本说明书的一个示例性实施方案的稠环衍生物。
在一个示例性实施方案中，所述[Push]包括以下中的一种或两种或更多种：经取代或未经取代的亚芳基；和经取代或未经取代的二价杂环基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，所述[Push]为以下结构中的任一者。
在所述结构中，
d和d'各自为1至3的整数，
当d为2或更大时，两个或更多个R100彼此相同或不同，
当d'为2或更大时，两个或更多个R101彼此相同或不同，
X10至X13彼此相同或不同，并且各自独立地为CRaRb、NRa、O、SiRaRb、PRa、S、GeRaRb、Se或Te，
Y10和Y11彼此相同或不同，并且各自独立地为CRc、N、SiRc、P或GeRc，并且
Ra、Rb、Rc和R100至R103彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、氘、卤素基团、腈基、硝基、酰亚胺基、酰胺基、羟基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的烷基硫基、经取代或未经取代的芳基硫基、经取代或未经取代的烷基磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的甲硅烷基、经取代或未经取代的硼基、经取代或未经取代的烷基胺基、经取代或未经取代的芳烷基胺基、经取代或未经取代的芳基胺基、经取代或未经取代的杂芳基胺基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基。
在另一个示例性实施方案中，所述[Push]为
在又一个示例性实施方案中，所述[Push]为
在本说明书的一个示例性实施方案中，由式1表示的所述稠环衍生物由下式1-1或1-2表示：
[式1-1]
[式1-2]
在式1-1和1-2中，
n1和n2、X1至X4、Y1至Y4、R1至R8、Ar1和Ar2与式1中所限定的那些相同，
X10至X13彼此相同或不同，并且各自独立地为CRaRb、NRa、O、SiRaRb、PRa、S、GeRaRb、Se或Te，
Y10和Y11彼此相同或不同，并且各自独立地为CRc、N、SiRc、P或GeRc，并且
Ra、Rb、Rc和R100至R103彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、氘、卤素基团、腈基、硝基、酰亚胺基、酰胺基、羟基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的烷基硫基、经取代或未经取代的芳基硫基、经取代或未经取代的烷基磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的甲硅烷基、经取代或未经取代的硼基、经取代或未经取代的烷基胺基、经取代或未经取代的芳烷基胺基、经取代或未经取代的芳基胺基、经取代或未经取代的杂芳基胺基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基。
以下将描述取代基的实例，但不限于此。
术语“取代”意指键合到化合物碳原子上的氢原子变成另外的取代基，并且不限制取代的位置，只要位置为氢原子被取代的位置(即，取代基可被取代的位置)即可，并且当两个或更多个被取代时，两个或更多个取代基可彼此相同或不同。
本文使用的术语“经取代或未经取代的”意指通过选自以下的一种或更多种取代基进行取代：氘、卤素基团、烷基、烯基、烷氧基、酯基、羰基、羧基、羟基、环烷基、甲硅烷基、芳基烯基、芳氧基、烷基硫基、烷基磺酰基、芳基磺酰基、硼基、烷基胺基、芳烷基胺基、芳基胺基、杂环基、芳基、腈基、硝基，或者通过例示的取代基中的两个或更多个取代基连接的取代基进行取代，或者不具有取代基。例如，术语、“两个或更多个取代基连接的取代基”可为联苯基。即，联苯基也可为芳基或者可解释为两个苯基连接的取代基。
取代基可未经取代或经另外的取代基取代。
在本说明书中，卤素基团可以是氟、氯、溴或碘。
在本说明书中，酰亚胺基的碳原子数没有特别限制，但优选为1至25。具体地，酰亚胺基可为具有以下结构的化合物，但并不限于此。
在本说明书中，对于酰胺基来说，酰胺基的一个或两个氮原子可被氢，具有1至25个碳原子的直链、支链或环状烷基，或者具有6至25个碳原子的芳基取代。具体地，酰胺基可为具有以下结构式的化合物，但并不限于此。
在本说明书中，烷基可为直链或支链，并且其碳原子数没有特别限制，但优选为1至50。其具体实例包括甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、1-甲基-丁基、1-乙基-丁基、戊基、正戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、己基、正己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、4-甲基-2-戊基、3,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、庚基、正庚基、1-甲基己基、环戊基甲基、环己基甲基、辛基、正辛基、叔辛基、1-甲基庚基、2-乙基己基、2-丙基戊基、正壬基、2,2-二甲基庚基、1-乙基-丙基、1,1-二甲基-丙基、异己基、2-甲基戊基、4-甲基己基、5-甲基己基等，但并不限于此。
在本说明书中，环烷基没有特别限制，但其碳原子数优选为3至60，并且其具体实例包括环丙基、环丁基、环戊基、3-甲基环戊基、2,3-二甲基环戊基、环己基、3-甲基环己基、4-甲基环己基、2,3-二甲基环己基、3,4,5-三甲基环己基、4-叔丁基环己基、环庚基、环辛基等，但并不限于此。
在本说明书中，烷氧基可为直链、支链或环状的。烷氧基的碳原子数没有特别限制，但优选为1至20。其具体实例可包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基(isopropoxy)、异丙基氧基(i-propyloxy)、正丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、仲丁氧基、正戊氧基、新戊氧基、异戊氧基、正己氧基、3,3-二甲基丁氧基、2-乙基丁氧基、正辛氧基、正壬氧基、正癸氧基、苄氧基、对甲基苄氧基等，但并不限于此。
在本说明书中，烯基可为直链或支链的，其碳原子数没有特别限制，但优选为2至40。其具体实例包括乙烯基、1-丙烯基、异丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、3-甲基-1-丁烯基、1,3-丁二烯基、烯丙基、1-苯基乙烯基-1-基、2-苯基乙烯基-1-基、2,2-二苯基乙烯基-1-基、2-苯基-2-(萘基-1-基)乙烯基-1-基、2,2-双(二苯基-1-基)乙烯基-1-基、芪基、苯乙烯基等，但并不限于此。
在本说明书中，甲硅烷基的具体实例包括三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、乙烯基二甲基甲硅烷基、丙基二甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、二苯基甲硅烷基、苯基甲硅烷基等，但并不限于此。
在本说明书中，芳基可为单环芳基或多环芳基，并且包括具有1至25个碳原子的烷基或具有1至25个碳原子的烷氧基被取代的情况。另外，在本说明书中，芳基可意指芳香环。
当芳基为单环芳基时，其碳原子数没有特别限制，但优选为6至25。单环芳基的具体实例可包括苯基、联苯基、三联苯基等，但不限于此。
当芳基为多环芳基时，其碳原子数没有特别限制，但优选为10至24。多环芳基的具体实例可包括萘基、蒽基、菲基、芘基、苝基、基、芴基等，但并不限制于此。
在本说明书中，芴基可被取代，并且相邻取代基可彼此结合形成环。
当芴基被取代时，取代基可以是 等。但是，取代基并不限于此。
在本说明书中，杂环基具有一个或更多个杂原子代替碳原子(例如，包含O、N、Se、Si和S等的环结构)。并且其碳原子数没有限制，但优选为2至60个碳原子。杂环基的实例包括噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、噻唑基、唑基、二唑基、三唑基、吡啶基、联吡啶基、嘧啶基、三嗪基、三唑基、吖啶基、哒嗪基、吡嗪基、喹啉基、喹唑啉基、喹喔啉基、酞嗪基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡嗪并吡嗪基、异喹啉基、吲哚基、咔唑基、苯并唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并咔唑基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、苯并呋喃基基、菲咯啉基、噻唑基、异唑基、二唑基、噻二唑基、苯并噻唑基、吩噻嗪基、二苯并呋喃基等，但并不限于此。
杂环基可以是单环或多环的，并且可以是芳香环、脂肪环，或芳香环和脂肪环的稠环。
在本说明书中，芳基胺基的实例包括经取代或未经取代的单芳基胺基、经取代或未经取代的二芳基胺基，或经取代或未经取代的三芳基胺基。芳基胺基中的芳基可以是单环芳基或多环芳基。包含两个或更多个芳基的芳基胺基可包含单环芳基、多环芳基，或单环芳基和多环芳基二者。
芳基胺基的具体实例包括苯胺、萘胺、联苯胺、蒽胺、3-甲基-苯胺、4-甲基-萘胺、2-甲基-联苯胺、9-甲基-蒽胺、二苯胺基、苯基萘基胺基、二甲苯基胺基、苯基甲苯基胺基、咔唑、三苯基胺基等，但却不限于此。
在本说明书中，杂芳基胺基中的杂芳基可选自杂环基的上述实例。
在本说明书中，芳氧基、芳基硫基、芳基磺酰基和芳烷基胺基中的芳基与芳基的上述实例相同。具体地，芳氧基的实例包括苯氧基、对甲苯氧基、间甲苯氧基、3,5-二甲基苯氧基、2,4,6-三甲基苯氧基、对叔丁基苯氧基、3-联苯氧基、4-联苯氧基、1-萘氧基、2-萘氧基、4-甲基-1-萘氧基、5-甲基-2-萘氧基、1-蒽氧基、2-蒽氧基、9-蒽氧基、1-菲氧基、3-菲氧基、9-菲氧基等，芳基硫基的实例包括苯基硫基、2-甲基苯基硫基、4-叔丁基苯基硫基等，并且芳基磺酰基的实例包括苯磺酰基，对甲苯磺酰基等，但实例并不限于此。
在本说明书中，烷基硫基和烷基磺酰基中的烷基与烷基的上述实例相同。具体地，烷基硫基的实例包括甲基硫基、乙基硫基、叔丁基硫基、己基硫基、辛基硫基等，并且烷基磺酰基的实例包括甲基磺酰基、乙基磺酰基、丙基磺酰基、丁基磺酰基等，但实例并不限于此。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X1至X4为S，
Y1至Y4为N，
Ar1和Ar2彼此相同或不同，并且各自独立地为
R5至R8彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、卤素基团，或者经取代或未经取代的烷氧基，
R13、R14和R23彼此相同或不同，并且各自独立地为氢，或者具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的直链或支链烷基，并且
[Push]为包含一个或更多个S原子的杂环基，并且所述杂环基未经取代或者经以下取代基取代：经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R5至R8彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、卤素基团，或者经取代或未经取代的烷氧基。
在本说明书的另一个示例性实施方案中，R5至R8中的至少一者为卤素基团，或者经取代或未经取代的烷氧基。
在本说明书的又一个示例性实施方案中，R5至R8中的至少一者为卤素基团，或者具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的烷氧基。
在这种情况下，由于稠环衍生物中[Push]结构与包含X3的环或包含X4的环之间的非键合相互作用，改善了平面度，并因此，结晶度是优良的。在这种情况下，可期待改善电流的特性。
另外，由于改善了化合物中充当电子供体的[Push]结构与充当电子受体的Ar1和Ar2之间的平面度，形成的激子可稳定并快速地定域于分子中。因此，可使激子的极化最大化并具有低带隙特点。
因此，根据本说明书的一个示例性实施方案，[Push]结构与包含X3的环或包含X4的环直接接触有利于装置的效率和加工。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R5为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R5为经取代或未经取代的烷氧基。
在另一个示例性实施方案中，R5为具有1至20个碳原子的经取代或未经取代的烷氧基。
在又一个示例性实施方案中，R5为经取代或未经取代的辛氧基。
在再一个示例性实施方案中，R5为辛氧基。
在一个示例性实施方案中，R6为卤素基团。
在另一个示例性实施方案中，R6为氟。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R6为经取代或未经取代的烷氧基。
在另一个示例性实施方案中，R6为具有1至20个碳原子的经取代或未经取代的烷氧基。
在又一个示例性实施方案中，R6为经取代或未经取代的辛氧基。
在再一个示例性实施方案中，R6为辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R7为卤素基团。
在另一个示例性实施方案中，R7为氟。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R7为经取代或未经取代的烷氧基。
在另一个示例性实施方案中，R7为具有1至20个碳原子的经取代或未经取代的烷氧基。
在又一个示例性实施方案中，R7为经取代或未经取代的辛氧基。
在再一个示例性实施方案中，R7为辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R8为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R8为经取代或未经取代的烷氧基。
在另一个示例性实施方案中，R8为具有1至20个碳原子的经取代或未经取代的烷氧基。
在又一个示例性实施方案中，R8为经取代或未经取代的辛氧基。
在再一个示例性实施方案中，R8为辛氧基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X1为S。
在另一个示例性实施方案中，X2为S。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X3为S。
在另一个示例性实施方案中，X4为S。
在本说明书的一个示例性实施方案中，n1为2。
在本说明书的一个示例性实施方案中，n1为1。
在另一个示例性实施方案中，n2为2。
在又一个示例性实施方案中，n2为1。
在再一个示例性实施方案中，R1为氢。
在另一个示例性实施方案中，R2为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R3为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R4为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Y1为N。
在本说明书的另一个示例性实施方案中，Y2为N。
在另一个示例性实施方案中，Y3为N。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Y4为N。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Ar1为
在另一个示例性实施方案中，Ar1为
在又一个示例性实施方案中，Ar1为
在本说明书的一个示例性实施方案中，Ar2为
在另一个示例性实施方案中，Ar2为
在又一个示例性实施方案中，Ar2为
在本说明书的一个示例性实施方案中，[Push]为包含一个或更多个S原子的杂环基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R100为氢。
在一个示例性实施方案中，R101为氢。
在另一个示例性实施方案中，R102为氢。
在另一个示例性实施方案中，R103为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，X10为S。
在另一个示例性实施方案中，X11为SiRaRb。
在又一个示例性实施方案中，X11为S。
在一个示例性实施方案中，X12为SiRaRb。
在另一个示例性实施方案中，X13为S。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Y10为CRc。
在另一个示例性实施方案中，Y11为CRc。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Ra、Rb和Rc彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基。
在另一个示例性实施方案中，Ra、Rb和Rc彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的烷基，或者经取代或未经取代的杂环基。
在一个示例性实施方案中，Ra和Rb彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的烷基。
在一个示例性实施方案中，Ra和Rb彼此相同或不同，并且各自独立地为具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Ra为经取代或未经取代的烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Ra为具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的烷基。
在一个示例性实施方案中，Ra为经取代或未经取代的辛基。
在另一个示例性实施方案中，Ra为辛基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Rb为经取代或未经取代的烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Rb为具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的烷基。
在一个示例性实施方案中，Rb为经取代或未经取代的辛基。
在另一个示例性实施方案中，Rb为辛基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Rc为经取代或未经取代的杂环基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，Rc为包含S原子的经取代或未经取代的杂环基。
在另一个示例性实施方案中，Rc为未经取代或经烷基取代的包含S原子的杂环基。
在又一个示例性实施方案中，Rc为经烷基取代的噻吩基。
在本说明书的另一个示例性实施方案中，Rc为经2-乙基己基取代的噻吩基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R13、R14、R22和R23彼此相同或不同，并且各自独立地为氢，或者具有1至30个碳原子的直链或支链烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R13为氢。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R14为经取代或未经取代的烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R14为具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的烷基。
在一个示例性实施方案中，R14为经取代或未经取代的辛基。
在一个示例性实施方案中，R14为经取代或未经取代的乙基。
在另一个示例性实施方案中，R14为乙基。
在又一个示例性实施方案中，R14为辛基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R22为经取代或未经取代的烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R22为具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的烷基。
在一个示例性实施方案中，R22为经取代或未经取代的辛基。
在一个示例性实施方案中，R22为经取代或未经取代的乙基。
在另一个示例性实施方案中，R22为乙基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R23为经取代或未经取代的烷基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，R23为具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的烷基。
在一个示例性实施方案中，R23为经取代或未经取代的辛基。
在一个示例性实施方案中，R23为经取代或未经取代的乙基。
在另一个示例性实施方案中，R23为乙基。
在本说明书的一个示例性实施方案中，由式1表示的稠环衍生物由下式1-1-1至1-1-5中任一者表示。
[式1-1-1]
[式1-1-2]
[式1-1-3]
[式1-1-4]
[式1-1-5]
稠环衍生物可基于将于以下描述的制备例来制备。
在根据本说明书示例性实施方案的稠环衍生物中，其中卤素基团被引入到n1括号中结构的一端并且二氧戊环基被引入到其另一端的化合物与其中卤素基团被引入到其两端的包含X3的化合物键合，从而制备其中卤素基团被引入到其一端并且醛基被引入到其另一端的结构。以相同的方式，制备了n2括号中的结构和包含X4的结构。制备的两种化合物与[Push]键合以制备其中醛基被引入到每一端的化合物。其后，通过向其中引入Ar1和Ar2不仅可制备由式1-1-1至1-1-5中任一者表示的稠环衍生物，还有由式1表示的稠环衍生物。
根据本说明书的稠环衍生物可通过多步化学反应制备。单体通过烷基化反应、Grignard反应、Suzuki偶联反应、Stille偶联反应等制备，然后最终的稠环衍生物可通过碳-碳偶联反应如Stille偶联反应制备。当被引入的取代基为硼酸或硼酸酯化合物时，最终的稠环衍生物可通过Suzuki偶联反应制备，并且当被引入的取代基为三丁基锡或三丁基锡化合物时，最终的稠环衍生物可通过Stille偶联反应制备，但方法却不限于此。
本说明书的一个示例性实施方案提供了有机太阳能电池，包括：第一电极；设置成面对所述第一电极的第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间并且包括光活性层的一个或更多个有机材料层，其中所述有机材料层的一个或更多个层包含所述稠环衍生物。
根据本说明书示例性实施方案的有机太阳能电池包括第一电极、光活性层，和第二电极。有机太阳能电池还包括基底、空穴传输层，和/或电子传输层。
在本说明书的一个示例性实施方案中，当有机太阳能电池从外部光源接收光子时，在电子供体和电子受体之间产生电子和空穴。产生的空穴通过电子供体层被传输到正电极。
在本说明书的一个示例性实施方案中，有机材料层包括空穴传输层、空穴注入层，或同时传输和注入空穴的层，并且所述空穴传输层、所述空穴注入层，或同时传输和注入空穴的所述层包含所述稠环衍生物。
在另一个示例性实施方案中，有机材料层包括电子注入层、电子传输层，或同时注入和传输电子的层，并且所述电子注入层、所述电子传输层，或同时注入和传输电子的所述层包含所述稠环衍生物。
图1是示出了根据本说明书示例性实施方案的有机太阳能电池的图。
在本说明书的一个示例性实施方案中，当有机太阳能电池从外部光源接收光子时，在电子供体和电子受体之间产生电子和空穴。产生的空穴通过电子供体层被传输到正电极。
在本说明书的一个示例性实施方案中，有机太阳能电池还可包括另外的有机材料层。有机太阳能电池可通过使用同时具有多种功能的有机材料来减少有机材料层的数量。
在本说明书的一个示例性实施方案中，第一电极是阳极，并且第二电极是阴极。在另一个示例性实施方案中，第一电极是阴极，并且第二电极是阳极。
在本说明书的一个示例性实施方案中，在有机太阳能电池中，阴极、光活性层和阳极可按顺序排列，并且阳极、光活性层和阴极可按顺序排列，但排列顺序不限于此。
在另一个示例性实施方案中，在有机太阳能电池中，阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极也可按顺序排列，并且阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极也可按顺序排列，但排列顺序不限于此。
在本说明书的一个示例性实施方案中，有机太阳能电池具有正常结构。
在本说明书的一个示例性实施方案中，有机太阳能电池具有倒置结构。
在本说明书的一个示例性实施方案中，有机太阳能电池具有串联结构。
根据本说明书示例性实施方的有机太阳能电池可具有一个或两个或更多个光活性层。
在另一个示例性实施方案中，缓冲层可设置在光活性层和空穴传输层之间，或者在光活性层和电子传输层之间。在这种情况下，还可在阳极和空穴传输层之间设置空穴注入层。另外，还可在阴极和电子传输层之间设置电子注入层。
在本说明书的一个示例性实施方案中，光活性层包括选自电子供体和电子受体中的一种或两种或更多种，并且电子供体材料包含所述稠环化合物。
在本说明书的一个示例性实施方案中，电子受体材料可选自富勒烯、富勒烯衍生物、浴铜灵、半导体单质、半导体化合物，及其组合。具体地，电子受体材料为选自以下的一种或两种或更多种化合物：富勒烯、富勒烯衍生物((6,6)-苯基-C61-丁酸-甲酯(PCBM)或(6,6)-苯基-C61-丁酸胆固醇酯(PCBCR))、二萘嵌苯、聚苯并咪唑(PBI)，和3,4,9,10-二萘嵌苯-四甲酸-双苯并咪唑(PTCBI)。
在本说明书的一个示例性实施方案中，电子供体和电子受体组成本体异质结(BHJ)。
本体异质结意指电子供体材料和电子受体材料在光活性层中彼此混合。
在本说明书的一个示例性实施方案中，光活性层具有包括n型有机材料层和p型有机材料层的双层薄膜结构，并且p型有机材料层包含所述稠环衍生物。
在本说明书中，基底可以是具有优良的透明度、表面平滑性、易操作性和防水性的玻璃基底或透明塑料基底，但是不限于此，基底不受限制，只要基底为通常用于有机太阳能电池的基底即可。其具体实例包括玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、三乙酰纤维素(TAC)等，但不限于此。
阳极电极可由透明并具有优良导电率的材料制成，但不限于此。其实例包括：金属如钒、铬、铜、锌和金；或其合金；金属氧化物如锌氧化物、铟氧化物、铟锡氧化物(ITO)和铟锌氧化物(IZO)；金属和氧化物的组合如ZnO:Al或SnO2:Sb；电子导电聚合物如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(乙烯-1,2-二氧基)噻吩](PEDOT)、聚吡咯和聚苯胺等，但并不限于此。
没有特别限制形成阳极电极的方法，但是，例如，阳极电极可通过使用以下方法施用至基底的一个表面上或通过以膜的形式涂覆来形成：溅射、电子束、热沉积、旋涂、丝网印刷、喷墨印刷、刮涂或凹版印刷法。
当阳极电极在基底上形成时，阳极电极可经历清洗、移除水分和亲水改性的过程。
例如，用清洗剂丙酮和异丙醇(IPA)按顺序清洗图案化的ITO基底，然后将其在100℃至250℃的热板上干燥1分钟至30分钟，优选在250℃下干燥10分钟以移除水分，并且当基底被彻底清洗时，可对基底的表面进行亲水改性。
通过如上所述的表面改性，接合表面电势可保持在适合光活性层的表面电势的水平。另外，在改性期间，在阳极电极上容易形成聚合物薄膜，并且还可提高薄膜的品质。
用于阳极电极的预处理技术的实例包括a)使用平行平板式放电的表面氧化法，b)通过在真空状态中使用UV(紫外)射线产生的臭氧来氧化表面的方法，c)使用由等离子体产生的氧自由基的氧化法，等等。
根据阳极电极或基底的状况，选择所述方法之一。然而，并且无论使用什么方法，优选的是，通常防止氧离开阳极电极或基底表面并且最大程度地抑制水分和有机物质残留。在这种情况下，可使预处理的实质效果最大化。
作为具体实例，可使用通过使用UV产生的臭氧来氧化表面的方法。在这种情况下，在超声清洗之后，将图案化的ITO基底在热板上烘烤并使其充分地干燥，然后将其引入到下一室中，并且打开UV灯以通过使氧气与UV光反应产生的臭氧来清洗图案化的ITO基底。
然而，本说明书中对图案化的ITO基底的表面进行改性的方法不需特别限制，并且可使用任何方法，只要该方法是氧化基底的方法即可。
阴极电极可以是具有低功函的金属，但不限于此。其具体实例包括：金属如镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、铝、银、锡和铅或其合金；和多层结构材料如LiF/Al、LiO2/Al、LiF/Fe、Al:Li、Al:BaF2和Al:BaF2:Ba等，但并不限于此。
阴极电极可在真空度为5×10-7托或更低的热蒸镀机中沉积并形成，但形成方法不限于此方法。
空穴传输层和/或电子传输层材料有助于有效地传输从光活性层分离的电子和空穴至电极，并且材料没有特别限制。
空穴传输层材料可以是用聚(苯乙烯磺酸)掺杂的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT:PSS)、钼氧化物(MoOx)、钒氧化物(V2O5)、镍氧化物(NiO)和钨氧化物(WOx)等，但不限于此。
电子传输层的导电氧化物可为提取电子的金属氧化物，并且其具体实例包括：8-羟基喹啉的金属配合物；包含Alq3的配合物；包含Liq、LiF、Ca、钛氧化物(TiOx)、锌氧化物(ZnO)和碳酸铯(Cs2CO3)的金属配合物等，但不限于此。
光活性层可通过以下方法形成：将光活性材料如电子供体和/或电子受体溶解于有机溶剂中，然后通过例如旋涂、浸涂、丝网印刷、喷涂、刮涂和刷涂的方法施用所述溶液，但形成方法不限于此。
实施例
以下制备例和实施例将详细描述稠环衍生物的制备方法和包含所述稠环衍生物的有机太阳能电池的制造。但是，提供以下实施例用于例示本说明书，并且本说明书的范围不限于此。
实施例1.式1-1-1的制备
(1)在氮气下将2-(5'-溴-[2,2'-联噻吩]-5-基)-1,3-二氧戊环(3.04g，9.6mmol)在烧瓶中溶解于120mL四氢呋喃(THF)中，然后将溶液的温度降至-78℃。向所述溶液中缓慢注入2.5M的正丁基锂(n-BuLi)(5mL，12.5mmol)，在注入之后，将所得溶液温热至0℃，然后将溶液在0℃下搅拌2小时。在搅拌溶液之后，将温度降至-78℃，然后向溶液中缓慢注入三甲基氯化锡(1M，13mmol)，然后将所得溶液缓慢温热至常温。将反应产物用二氯甲烷萃取两次，并除去溶剂，然后将所得产物在CHCl3/MeOH中重结晶以获得白色化合物A-1(3.844g，产率＝99.9％)。
图2是示出了化合物A-1的MS谱的图。
图3是示出了化合物A-1的NMR谱的图。
(2)将化合物B-1(4,7-二溴-5-氟苯并[c][1,2,5]噻二唑)(3.00g，9.6mmol)、化合物A-1(3.84g，9.58mmol)，Pd2(dba)3(0.174g，0.19mmol)和三苯基膦(0.202g，0.77mmol)溶解在100mL甲苯中，然后将所得溶液在80℃下搅拌48小时。在反应之后，将温度降至室温，向其中加入2M的盐酸(HCl)，并且将所得溶液搅拌1小时。在反应之后，用二氯甲烷洗涤产物，并在减压下除去溶剂。将所得固体用氯仿进行硅胶柱纯化以获得橙色的化合物A-2(1.67g，收率：41％)。
图4是示出了化合物A-2的MS谱的图。
图5是示出了化合物A-2的NMR谱的图。
(3)将化合物B-2(0.858g，0.8mmol)、化合物A-2(0.850g，2mmol)，Pd2(dba)3和三苯基膦(PPh3)加入到37mL甲苯和3mL二甲基甲酰胺(DMF)中并溶解，然后将所得溶液在110℃下搅拌48小时。在反应之后，将温度降至室温，然后将产物用二氯甲烷洗涤，并在减压下除去溶剂。将所得固体用二氯甲烷(DCM)进行硅胶柱纯化以获得紫色化合物A-3(0.5g，产率：43％)。
图6是示出了化合物A-3的MS谱的图。
图7是示出了化合物A-3的NMR谱的图。
将化合物A-3(0.359g，0.25mmol)和3-辛基绕丹宁(1.166g，4.75mmol)溶解于25mL氯仿(CHCl3)中，在室温下向其中加入三滴哌啶，并且将所得混合物回流24小时。在反应之后，用二氯甲烷(DCM)进行萃取，将剩余的水用硫酸镁(MgSO4)除去，然后在减压下除去溶剂。通过使剩余产物经历硅胶柱(洗脱液：CH2Cl2至CHCl3)获得深褐色固体。通过用氯仿(CHCl3)和己烷使所得固体重结晶2或3次以获得式1-1-1的化合物。(产率：67％)
图8是示出了式1-1-1的MS谱的图。
图9是示出了式1-1-1的NMR谱的图。
比较例1.式2的制备
将化合物B-2(0.8584g，0.8mmol)和[C]的化合物(0.963g，2.0mmol)溶解于15mL甲苯中，向其中加入Pd(PPh3)4催化剂(0.0185g，0.016mmol)，并将所得混合物在120℃下搅拌48小时。在反应之后，通过将反应溶液倒入甲醇中以获得沉淀，然后过滤沉淀的固体。将过滤的固体用甲醇洗涤，并通过硅胶柱(洗脱液：己烷)获得紫褐色固体。所得固体用己烷和乙醇重结晶以获得最终的化合物。(产率：35％)
图10是示出了式2的MS谱的图。
图11是示出了式2的NMR谱的图。
图12是比较式1-1-1和式2在氯苯溶液中的UV光谱的图。
由图12的结果，可以确认，式1-1-1的化合物具有比式2的化合物更低的带隙，并且具有为式2的化合物约两倍高的消光系数值。
图13是比较膜状态的式1-1-1和式2的UV光谱的图。
由图13的结果，可以确认，式1-1-1的化合物具有低带隙。另外，由在进行热处理时振动峰增加的事实，可以确认式1-1-1的结晶度较高。
因此，由所述结果，可预期改善包含式1-1-1的化合物的有机太阳能电池的电流特性。
图14是示出了式1-1-1的电化学测量结果(循环伏安法)的图。
图15是示出了式2的电化学测量结果(循环伏安法)的图。
式1-1-1和式2的物理特性的比较示于下表1.
[表1]
λmax(nm) λ起始(nm) λEc.带隙(eV) HOMO(eV)
式1-1-1 665 740 1.51 5.48
式2 610 685 1.35 5.35
通过图14和15中的HOMO能级的比较，可以确认式1-1-1的化合物的HOMO能级高。上述结果是通过将Ar1和Ar2电子受体特性的结构引入末端所致。
由所述结果，可以预期改善包含式1-1-1的化合物的有机太阳能电池的电压特性。
实验例1.
复合材料溶液通过将实施例中制备的稠环衍生物1和PCBM以1:2的比例溶解于在氯苯(CB)中来制备。在这种情况下，将浓度调节为2.0重量％，并且将有机太阳能电池制成具有ITO/PEDOT:PSS/光活性层/Al的结构。使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇对涂覆有ITO的玻璃基底进行超声清洗，对ITO表面用臭氧处理10分钟，然后通过旋涂45nm厚的PEDOT:PSS(baytrom P)在120℃下进行热处理10分钟。为了涂覆光活性层，用0.45μm的PP注射器过滤器过滤化合物-PCBM复合材料溶液并旋涂，然后使用热蒸镀机在3×10-8托的真空下通过沉积厚度为200nm的Al来制造有机太阳能电池。
比较例1.
有机太阳能电池通过与实施例1中相同的方法制造，不同之处在于使用式2代替式1-1-1。
在100mW/cm2(AM 1.5)的条件下测量实验例中制造的有机太阳能电池的光电转化特性，并且结果示于下表2中。
[表2]
Voc(V) Jsc(mA/cm2) FF(％) PCE(％)
实验例1 0.91 11.48 0.45 4.7
比较例1 0.82 6.56 0.41 2.2
在表2中，Voc、Jsc、FF和PCE分别意指开路电压、短路电流、填充因子和能量转换效率。开路电压和短路电流分别是电压-电流密度曲线的第四象限中的X轴截距和Y轴截距，并且当这两个值增加时，太阳能电池的效率优选地提高。此外，填充因子是通过用可在曲线内画出的矩形的面积除以短路电流与开路电压的乘积所获得的值。当用这三个值除以辐射光的强度时，可获得能量转换效率，并且更高的值是优选的。
图16是示出了使用式1-1-1和式2的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。
由所述结果，可以确认，包含根据本说明书示例性实施方案的稠环衍生物的化合物具有高电压和电流特性。这可被解释为因为电子被有效地定域而具有低带隙和高HOMO能级，这是由于稠环衍生物的[Push]和Ar1和Ar2的结构特性所致。
实验例2和比较例2
其中式1-1-5的化合物和下式3的化合物通过计算化学程序计算的结果示于表3中。
具体地，TD-DFT计算通过使用Gaussian 09程序进行，并且使用B3PW91泛函和6-31G*基组。计算中使用的关键字为#p B3PW91/6-31G*5d td(singlets,nstate＝10)。
[式3]
[表3]
式 带隙(eV) HOMO(eV) LUMO(eV)
实验例2 1-1-5 1.44 5.43 3.99
比较例2 2 1.46 5.38 3.91
图17是分析实验例2和比较例2的UV光谱的趋势的图。
从表3的结果和图17可以看出，可以确认，如在根据本说明书示例性实施方案的稠环衍生物中，当[Push]结构与包含X3的环和包含X4的环直接连接时，观察到红移比在[Push]结构与包含X3的环和包含X4的环之间包含间隔体或连接体时更显著。
如在根据本说明书示例性实施方案的稠环衍生物中，当在吸收光谱中发生红移时，可吸收长波长。此外，摩尔消光系数较大并且带隙减小，因此，可以吸收大量的光，从而积极地影响装置效率的增加。

Claims (14)

1.一种由下式1表示的稠环衍生物：
[式1]
在式1中，
n1和n2各自为0至3的整数，
当n1和n2各自为2或更大时，括号中的两个或更多个结构彼此相同或不同，
[Push]为充当电子供体的结构，
X1至X4彼此相同或不同，并且各自独立地为CRR'、NR、O、SiRR'、PR、S、GeRR'、Se或Te，
Y1至Y4彼此相同或不同，并且各自独立地为CR"、N、SiR"、P或GeR"，
R、R'、R"和R1至R8彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、氘、卤素基团、腈基、硝基、酰亚胺基、酰胺基、羟基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的烷基硫基、经取代或未经取代的芳基硫基、经取代或未经取代的烷基磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的甲硅烷基、经取代或未经取代的硼基、经取代或未经取代的烷基胺基、经取代或未经取代的芳烷基胺基、经取代或未经取代的芳基胺基、经取代或未经取代的杂芳基胺基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基，
Ar1和Ar2彼此相同或不同，并且各自独立地为以下结构中的任一者，
在所述结构中，
a为1至7的整数，
b和c各自为1至4的整数，
当a为2或更大时，两个或更多个R15彼此相同或不同，
当b为2或更大时，两个或更多个R16彼此相同或不同，
当c为2或更大时，两个或更多个R17彼此相同或不同，并且
R13至R23彼此相同或不同，且各自独立地为氢、氘、卤素基团、腈基、硝基、酰亚胺基、酰胺基、羟基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的烷基硫基、经取代或未经取代的芳基硫基、经取代或未经取代的烷基磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的甲硅烷基、经取代或未经取代的硼基、经取代或未经取代的烷基胺基、经取代或未经取代的芳烷基胺基、经取代或未经取代的芳基胺基、经取代或未经取代的杂芳基胺基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基。
2.根据权利要求1所述的稠环衍生物，其中所述[Push]的最高占据分子轨道(HOMO)能级为5.0eV至6.0eV。
3.根据权利要求1所述的稠环衍生物，其中所述[Push]包含选自经取代或未经取代的亚芳基；和经取代或未经取代的二价杂环基中的一种或两种或更多种。
4.根据权利要求1所述的稠环衍生物，其中所述[Push]为以下结构中的任一者：
在所述结构中，
d和d'各自为1至3的整数，
当d为2或更大时，两个或更多个R100彼此相同或不同，
当d'为2或更大时，两个或更多个R101彼此相同或不同，
X10至X13彼此相同或不同，且各自独立地为CRaRb、NRa、O、SiRaRb、PRa、S、GeRaRb、Se或Te，
Y10和Y11彼此相同或不同，且各自独立地为CRc、N、SiRc、P或GeRc，并且
Ra、Rb、Rc和R100至R103彼此相同或不同，且各自独立地为氢、氘、卤素基团、腈基、硝基、酰亚胺基、酰胺基、羟基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的烷基硫基、经取代或未经取代的芳基硫基、经取代或未经取代的烷基磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的甲硅烷基、经取代或未经取代的硼基、经取代或未经取代的烷基胺基、经取代或未经取代的芳烷基胺基、经取代或未经取代的芳基胺基、经取代或未经取代的杂芳基胺基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基。
5.根据权利要求1所述的稠环衍生物，其中由式1表示的所述稠环衍生物由下式1-1或1-2表示：
[式1-1]
[式1-2]
在式1-1和1-2中，
n1和n2、X1至X4、Y1至Y4、R1至R8、Ar1和Ar2与式1中所限定的那些相同，
X10至X13彼此相同或不同，且各自独立地为CRaRb、NRa、O、SiRaRb、PRa、S、GeRaRb、Se或Te，
Y10和Y11彼此相同或不同，且各自独立地为CRc、N、SiRc、P或GeRc，并且
Ra、Rb、Rc和R100至R103彼此相同或不同，且各自独立地为氢、氘、卤素基团、腈基、硝基、酰亚胺基、酰胺基、羟基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的烷基硫基、经取代或未经取代的芳基硫基、经取代或未经取代的烷基磺酰基、经取代或未经取代的芳基磺酰基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的甲硅烷基、经取代或未经取代的硼基、经取代或未经取代的烷基胺基、经取代或未经取代的芳烷基胺基、经取代或未经取代的芳基胺基、经取代或未经取代的杂芳基胺基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基。
6.根据权利要求1所述的稠环衍生物，其中R5至R8彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、卤素基团，或者经取代或未经取代的烷氧基。
7.根据权利要求1所述的稠环衍生物，其中X1至X4为S，
Y1至Y4为N，
Ar1和Ar2彼此相同或不同，且各自独立地为
R5至R8彼此相同或不同，且各自独立地为氢、卤素基团，或者经取代或未经取代的烷氧基，
R13、R14、R22和R23彼此相同或不同，且各自独立地为氢，或者具有1至30个碳原子的经取代或未经取代的直链或支链的烷基，并且
所述[Push]为包含一个或更多个S原子的杂环基，并且所述杂环基未经取代或者经以下取代：经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳基，或者经取代或未经取代的杂环基。
8.根据权利要求1所述的稠环衍生物，其中由式1表示的所述稠环衍生物由下式1-1-1至1-1-5中的任一者表示：
[式1-1-1]
[式1-1-2]
[式1-1-3]
[式1-1-4]
[式1-1-5]
9.一种有机太阳能电池，包括：
第一电极；
设置成面对所述第一电极的第二电极；以及
设置在所述第一电极和所述第二电极之间并且包括光活性层的一个或更多个有机材料层，
其中所述有机材料层的一个或更多个层包含根据权利要求1至8中任一项所述的稠环衍生物。
10.根据权利要求9所述的有机太阳能电池，其中所述有机材料层包括空穴传输层、空穴注入层、或同时传输和注入空穴的层，并且所述空穴传输层、所述空穴注入层、或所述同时传输和注入空穴的层包含所述稠环衍生物。
11.根据权利要求9所述的有机太阳能电池，其中所述有机材料层包括电子注入层、电子传输层、或同时注入和传输电子的层，并且所述电子注入层、所述电子传输层、或所述同时注入和传输电子的层包含所述稠环衍生物。
12.根据权利要求9所述的有机太阳能电池，其中所述光活性层包含选自电子供体和电子受体中的一种或两种或更多种，并且所述电子供体包含所述稠环衍生物。
13.根据权利要求12所述的有机太阳能电池，其中所述电子供体和所述电子受体构成本体异质结(BHJ)。
14.根据权利要求9所述的有机太阳能电池，其中所述光活性层具有包括n型有机材料层和p型有机材料层的双层薄膜结构，并且所述p型有机材料层包含所述稠环衍生物。
CN201580029619.8A 2014-06-11 2015-06-05 稠环衍生物及包含其的有机太阳能电池 Active CN106459080B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140070698 2014-06-11
KR10-2014-0070698 2014-06-11
PCT/KR2015/005678 WO2015190762A2 (ko) 2014-06-11 2015-06-05 축합고리 유도체 및 이를 포함하는 유기 태양 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106459080A true CN106459080A (zh) 2017-02-22
CN106459080B CN106459080B (zh) 2019-03-12

Family

ID=54834519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580029619.8A Active CN106459080B (zh) 2014-06-11 2015-06-05 稠环衍生物及包含其的有机太阳能电池

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101713417B1 (zh)
CN (1) CN106459080B (zh)
WO (1) WO2015190762A2 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109836437A (zh) * 2019-03-29 2019-06-04 南昌航空大学 一种a-d-a型苯并噻二唑小分子及其制备方法和应用
CN110114896A (zh) * 2017-10-18 2019-08-09 株式会社Lg化学 有机光电二极管和包括其的有机图像传感器
CN112159418A (zh) * 2020-09-11 2021-01-01 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 共轭有机分子及有机太阳能电池

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3452474A1 (en) * 2016-05-06 2019-03-13 Imperial Innovations Limited Organic ternary blends
EP3557639B1 (en) 2017-06-23 2022-10-05 LG Chem, Ltd. Organic solar cell
JPWO2021230035A1 (zh) * 2020-05-11 2021-11-18

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103087083A (zh) * 2013-01-17 2013-05-08 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种吡咯并吡咯二酮衍生物及其制备方法和应用
WO2014026244A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Photoactive optoelectronic and transistor devices
CN103788111A (zh) * 2012-10-26 2014-05-14 中国科学院化学研究所 一种可溶液加工两维共轭有机分子光伏材料及其制备方法与应用
US20140142308A1 (en) * 2011-03-08 2014-05-22 Nankai University Photoelectric materials and preparation thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331183A (en) 1992-08-17 1994-07-19 The Regents Of The University Of California Conjugated polymer - acceptor heterojunctions; diodes, photodiodes, and photovoltaic cells

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140142308A1 (en) * 2011-03-08 2014-05-22 Nankai University Photoelectric materials and preparation thereof
WO2014026244A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Photoactive optoelectronic and transistor devices
CN103788111A (zh) * 2012-10-26 2014-05-14 中国科学院化学研究所 一种可溶液加工两维共轭有机分子光伏材料及其制备方法与应用
CN103087083A (zh) * 2013-01-17 2013-05-08 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种吡咯并吡咯二酮衍生物及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOB C. SCHROEDER ET AL: "Silaindacenodithiophene-Based Low Band Gap Polymers-The Effect of Fluorine Substitution on Device Performances and Film Morphologies", 《ADV. FUNCT. MATER.》 *
BOGYU LIM ET AL.: "Silaindacenodithiophene based organic semiconductor for high performance organic field-effect transistors", 《DYES AND PIGMENTS》 *
JIE-YU WANG ET AL.: "Benzobis(silolothiophene)-Based Low Bandgap Polymers for Efficient Polymer Solar Cells", 《CHEM. MATER.》 *
JOHN A. LOVEET AL.: "Silaindacenodithiophene-Based Molecular Donor: Morphological Features and Use in the Fabrication of Compositionally Tolerant,High-Efficiency Bulk Heterojunction Solar Cells", 《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》 *
LINGHAI ZHANG ET AL.: "Rational design of novel A-A-D-A-A type electron donors for small molecule organic solar cells", 《CHEMICAL PHYSICS LETTERS》 *
LI-YEN LIN ET AL.: "New A-A-D-A-A-Type Electron Donors for Small Molecule Organic Solar Cells", 《ORGANIC LETTERS》 *
LOREN G. KAAKE ET AL.: "Ultrafast Charge Generation in an Organic Bilayer Film", 《THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110114896A (zh) * 2017-10-18 2019-08-09 株式会社Lg化学 有机光电二极管和包括其的有机图像传感器
CN109836437A (zh) * 2019-03-29 2019-06-04 南昌航空大学 一种a-d-a型苯并噻二唑小分子及其制备方法和应用
CN112159418A (zh) * 2020-09-11 2021-01-01 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 共轭有机分子及有机太阳能电池
CN112159418B (zh) * 2020-09-11 2024-04-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 共轭有机分子及有机太阳能电池

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015190762A3 (ko) 2016-06-16
WO2015190762A2 (ko) 2015-12-17
KR20150142609A (ko) 2015-12-22
KR101713417B1 (ko) 2017-03-07
CN106459080B (zh) 2019-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106232605B (zh) 杂环化合物和包含其的有机太阳能电池
CN107001599B (zh) 聚合物和包含其的有机太阳能电池
CN106459080B (zh) 稠环衍生物及包含其的有机太阳能电池
CN105143102B (zh) 富勒烯衍生物、使用富勒烯衍生物的有机太阳能电池及其制造方法
CN105377941B (zh) 共聚物和包含其的有机太阳能电池
CN107207534B (zh) 杂环化合物和包含其的有机太阳能电池
CN106103538B (zh) 聚合物和包含其的有机太阳能电池
CN109476679A (zh) 杂环化合物和包含其的有机电子器件
CN107531731A (zh) 杂环化合物和包含其的有机太阳能电池
CN105431467B (zh) 共聚物和包含其的有机太阳能电池
CN105637009B (zh) 共聚物和包含其的有机太阳能电池
CN107428919B (zh) 聚合物和包含其的有机太阳能电池
CN110337439A (zh) 化合物和包含其的有机太阳能电池
CN109863188A (zh) 聚合物和包含其的有机太阳能电池
JP6448653B2 (ja) フラーレン誘導体、これを用いた有機太陽電池及びこれの製造方法
CN110178241A (zh) 光活性层和包括其的有机太阳能电池
JP6306720B2 (ja) フラーレン誘導体及びフラーレン誘導体を含む有機電子素子
CN107531888B (zh) 聚合物和包含其的有机电子元件
CN110383519A (zh) 光活性层和包括其的有机太阳能电池
JP6891962B2 (ja) 化合物およびこれを含む有機太陽電池
CN110325566A (zh) 共聚物和包含其的有机太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant