CN114456197A - 一种准聚合物非富勒烯受体材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种准聚合物非富勒烯受体材料及其制备方法,将该类分子作为电子受体材料应用于有机光伏电池,本发明的准聚合物非富勒烯受体材料使用芳香单元桥连两个A‑D‑A型或A‑DA'D‑A型稠环分子,并且对准聚合物分子中的A‑D‑A型和A‑DA'D‑A型分子进行骨架芳香单元调控、烷基链修饰,可以增加分子的区域平整性,提高电荷迁移率,还可以进一步改善材料溶解性能,提高加工性能;此外,改变A‑D‑A型和A‑DA'D‑A型分子的端基A单元,可调控分子的电化学性质和分子堆积;最后引入不同的芳香单元桥连两个性能优异的稠环分子可以同时满足聚合物受体成膜性好,稳定性较高及小分子受体易纯化,批次稳定的优点。

Description

一种准聚合物非富勒烯受体材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于有机光伏电池领域,涉及一类基于A-π-A型分子结构的准聚合物非富勒烯受体材料及其制备方法,将该类分子作为电子受体材料应用于有机光伏电池。
背景技术
随着能源问题的日益严重,发展新型能源迫在眉睫,而太阳能由于具有清洁无污染,且取之不尽,用之不竭等诸多优点而具有很大发展前景。如何更好的利用太阳能是应对能源危机的关键解决办法。有机太阳能电池因其具有柔性、价格低廉,可低成本引起研究学者的广泛关注。近几年,有机太阳能电池的光电转换效率取得了飞速进步。
目前,异质结的有机太阳能电池的能量转换效率已经达到20%(CN201710211227.4异质结激子太阳能电池及制备方法)。但是由于小分子受体材料附着力差、易脆、易发生光/热诱导氧化导致成膜性较差,聚合物受体批次不稳定性等限制,大面积、高稳定性太阳能电池的制备仍然存在困难,光电转换效率低,不利于推动有机太阳能电池的商业化应用。
发明内容
针对现有有机太阳能电池中有机受体材料存在成膜性较差、聚合物受体批次不稳定、光电转换效率低等问题,本发明的第一个目的是在于提供一种成膜性好、能大面积加工且光电转换效率较高的准聚合物非富勒烯受体材料。
本发明的第二个目的是在于提供一种条件温和、操作简单的准聚合物非富勒烯受体材料的制备方法。
本发明的第三个目的是在于提供准聚合物非富勒烯受体材料的应用,准聚合物非富勒烯受体材料与给体材料具有互补的吸收、具有与给体材料共混实现更好的成膜性和加工稳定性,用于制备性能较高且稳定性较好的有机太阳能电池的活性层。
为了实现上述技术目的,本发明提供了一种准聚合物非富勒烯受体材料,其具有式1结构:
Figure BDA0003510040100000021
式1中π基团为噻吩基团、噻吩衍生物基团、并二噻吩基团、并二噻吩衍生物基团、苯并二噻吩基团、苯并二噻吩衍生物基团、吡咯并二噻吩基团、吡咯并二噻吩衍生物基团、戊烷并二噻吩基团和戊烷并二噻吩衍生物基团中的任意一种;
式1中SMA基团表示非富勒烯稠环小分子受体,可为A-D-A型或A-DA'D-A型,制备所述非富勒烯稠环小分子受体需采用两个吸电子单元,即吸电子单元A、溴取代单元Br-A;
所述吸电子单元A选自以下基团中的任意一种:(虚线处为连接位置)
Figure BDA0003510040100000022
所述溴取代单元Br-A选自以下基团中的任意一种:
Figure BDA0003510040100000023
其中,R1为氢原子、卤素取代基、C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、羰基、酯基和氰基中的任意一种;
所述卤素取代基为氟、氯和碘中的任意一种;所述酯基为C1~C20烷氧酰基。
优选的方案,所述π基团选自以下基团中的任意一种(这些基团都具有共性,具有相似的化学性质,主体均是噻吩构建成的共轭体系,共轭体系上可以包含一些常见的取代基团):
Figure BDA0003510040100000031
其中,所述R2基团为C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、羰基、酯基、苯基、取代苯基、噻吩基和取代噻吩基中的任意一种;
所述取代苯基至少包含一个C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基;所述取代噻吩基至少包含一个C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基。
优选的方案,所述π基团为噻吩衍生物基团时,指的是噻吩环上包含一些常见的取代基团,如C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、羰基、酯基(如C1~C20烷氧酰基)、苯基、取代苯基(苯环上主要含C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基)、噻吩基或取代噻吩基(噻吩环上主要含C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基)。
本发明提供的准聚合物非富勒烯受体材料,包括芳香基团(π基团)桥连两个非富勒烯稠环小分子受体,非富勒烯稠环小分子受体为以稠环D单元或稠环DA'D单元为分子骨架,吸电子端基连接在稠环结构的两端。
本发明提供的准聚合物非富勒烯受体材料,使用芳香单元桥连两个A-D-A型或A-DA'D-A型稠环分子,并且在准聚合物分子上进行以下结构设计:(1)调节A-D-A型和A-DA'D-A型分子的骨架芳香单元;(2)对A-D-A型和A-DA'D-A型分子进行烷基链修饰提高电荷迁移率,还可以进一步改善材料溶解性能,提高加工性能;(3)改变A-D-A型和A-DA'D-A型分子的端基吸电子单元,调控分子的电化学性质和分子堆积;(4)引入不同的芳香单元桥连两个性能优异的稠环分子可以同时满足聚合物受体成膜性好,稳定性较高及小分子受体易纯化,批次稳定的优点。
本发明提供的准聚合物非富勒烯受体材料具有良好的溶解性,易于加工成膜,具有较好的加工稳定性和光稳定性,能用于制备能量转换效率且稳定性好的太阳能电池材料,是一类富有潜力受体材料。与现有技术中的富勒烯及其衍生物材料相比,它可以调控能级,具有很好的成膜性,具有较高的光电转换效率,其成品可以制成柔性太阳能电池板,具有高效、稳定、可大面积制备等优点。
本发明还提供了所述准聚合物非富勒烯受体材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将稠环给电子D或DA'D稠环单元通过Vilsmeier-Haack反应得到化合物1:
Figure BDA0003510040100000041
(2)将化合物1同时和两种不同的A酮和Br-A酮通过Knoevenagel反应,即得化合物2:
Figure BDA0003510040100000042
所述A酮为以下结构中任意一种:
Figure BDA0003510040100000043
其中,R1为氢原子、卤素(除溴原子外)、C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、羰基、酯基和氰基中的任意一种;
所述Br-A酮为以下结构中任意一种:
Figure BDA0003510040100000051
(3)对π基团进行双边甲基锡取代反应,将化合物2和双边甲基锡取代的π进行Stille偶联反应,即得准聚合物非富勒烯受体材料;
所述双边甲基锡取代的π为以下结构中任意一种:
Figure BDA0003510040100000052
进一步,Vilsmeier-Haack反应的条件为:溶剂为N,N-二甲基甲酰胺,三氯氧磷为甲酰化试剂,化合物A与三氯氧磷的摩尔比为1:30~60;在80~105℃温度下回流反应8~12小时。
进一步,Knoevenagel反应的条件为:氯仿为溶剂,吡啶为缚酸剂,化合物A与A酮、Br-A酮的摩尔比为1:1.1~1.5:1.1~1.5;在60~70℃温度下回流反应12~16小时。
进一步,stille偶联反应的条件为:溶剂为甲苯,催化剂为四三苯基膦钯,催化剂的加入量为双边甲基锡取代的π化合物的总摩尔量的10%~15%;含不对称端基的稠环受体分子和双边甲基锡取代的π化合物的摩尔比为1:2.2~3;在110~130℃温度下回流反应24~48小时。
本发明还提供了所述准聚合物非富勒烯受体材料的应用,将其作为电子受体材料应用于有机光伏电池。
在一个具体的实施例中,将准聚合物非富勒烯受体材料与电子给体材料制成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:将准聚合物非富勒烯受体材料与电子给体材料混合,加入溶剂溶解,得到浆液,所述浆液涂覆在导电玻璃上制备成薄膜,然后制备有机太阳能电池器件。溶剂一般采用三氯甲烷、邻二氯苯以及四氢呋喃中至少一种。
在一个具体的实施例中,准聚合物非富勒烯受体材料与电子给体材料的摩尔比为1~1.5:1。
在一个具体的实施例中,所述电子给体材料为PM6、PBTB-T-2F、PBDB-T、D18、PTQ-10中的一种或者多种组合。
为了实现有机太阳能电池的大面积制备,加快其工业化进程,发明人团队将小分子受体具有性能优异与聚合物具备形貌、加工稳定性的优点相结合,设计并制备了本发明所述准聚合物非富勒烯受体材料。这类材料保留了高性能非富勒烯受体的骨架,且保持了聚合物高柔韧性,有利于高性能、大面积、柔性有机太阳能电池的制备和应用。
本发明提供的准聚合物非富勒烯受体材料,包括以芳香单元桥连两个A-DA'D-A型(受体1-给体受体2给体-受体1)或A-D-A型(受体-给体-受体)稠环分子;该分子制备过程为在稠环D或DA'D结构上通过Knoevenagel反应引入两个端基结构(其中一个端基含有溴原子),得到具有不对称端基的稠环苯并噻二唑非富勒烯受体材料;最后,将制备的不对称受体材料与双边甲基锡取代的噻吩单元进行Stille偶联反应,得到准聚合物受体材料。该受体材料溶解性好,易于加工成膜,同时具备聚合物和小分子的优点且实现了良好的光电转换功能,用于制备有机太阳能电池器件,光电转换效率超过15%。
相对于现有技术,本发明技术方案具有以下有益效果:
本发明的准聚合物非富勒烯受体材料包括芳香基团桥连两个稠环非富勒烯受体分子,两个分子为以稠环D单元或稠环DA'D单元为分子骨架,吸电子端基连接在稠环结构的两端。
本发明的准聚合物非富勒烯受体材料使用芳香单元桥连两个A-D-A型或A-DA'D-A型稠环分子,并且对准聚合物分子中的A-D-A型和A-DA'D-A型分子进行骨架芳香单元调控、烷基链修饰,可以增加分子的区域平整性,提高电荷迁移率,还可以进一步改善材料溶解性能,提高加工性能;此外,改变A-D-A型和A-DA'D-A型分子的端基A单元,可调控分子的电化学性质和分子堆积;最后引入不同的芳香单元桥连两个性能优异的稠环分子可以同时满足聚合物受体成膜性好,稳定性较高及小分子受体易纯化,批次稳定的优点。
本发明的准聚合物非富勒烯受体材料具有良好的溶解性,易于加工成膜,具有较好的加工稳定性和光稳定性,能用于制备能量转换效率且稳定性好的太阳能电池材料,是一类富有潜力受体材料。与现有技术中的富勒烯及其衍生物材料相比,它可以调控能级,具有很好的成膜性,具有较高的光电转换效率,其成品可以制成高效稳定、可制备柔性大面积器件等优点。
本发明的准聚合物非富勒烯受体材料合成条件温和、形貌稳定,有利于实现大规模生产。
附图说明
图1为实施例1制备得到的受体材料A16的合成路线图。
图2为实施例1制备得到的化合物2的1HNMR。
图3为实施例1制备得到的受体材料A16的1HNMR。
图4为实施例1制备得到的受体材料A16的13CNMR。
图5为实施例1、2、3制备得到的受体材料A16、A19、A20在氯仿溶液中和薄膜状态下的吸收谱图。
图6为实施例1、2制备有机太阳电池的电流-电压(J-V)曲线图。
图7为实施例1、2制备有机太阳电池的外量子效率(EQE)曲线图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下实施例中使用的二氯甲烷,石油醚购于天津恒兴化学试剂厂无水N,N-二甲基甲酰胺,三氯氧磷,等购于萨恩化学(上海)有限公司;5,6-二氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮购于苏州纳凯科技有限公司,5-溴-3-(二氰基亚甲基)靛酮购于南京知研科技有限公司,四三苯基膦钯购于百灵威科技有限公司。以上所购试剂直接使用,未再处理。
本发明的准聚合物非富勒烯受体材料的具体合成路线及步骤表示如下:
(1)化合物1由稠环给电子D或DA'D稠环单元通过Vilsmeier-Haack反应得到。反应条件为:溶剂为N,N-二甲基甲酰胺,三氯氧磷为甲酰化试剂,稠环给电子D或DA'D稠环化合物与三氯氧磷的摩尔比为1:30~60;在80~105℃温度下回流反应8~12小时;
Figure BDA0003510040100000081
(2)将化合物1和A酮、Br-A酮通过Knoevenagel反应得到化合物2。反应条件为:氯仿为溶剂,吡啶为缚酸剂,化合物1与A酮、Br-A酮的摩尔比为1:1.1~1.5:1.1~1.5;在60~70℃温度下回流反应12~16小时;
Figure BDA0003510040100000082
(3)对π基团进行双边甲基锡取代反应,将化合物2和双边甲基锡取代的π通过stille偶联反应得到式1结构。反应条件为:溶剂为甲苯,催化剂为四三苯基膦钯,催化剂的加入量为双边甲基锡取代的π化合物的总摩尔量的10%~15%;含不对称端基的稠环受体分子(化合物2)和双边甲基锡取代的π化合物的摩尔比为1:2.2~3;在110~130℃温度下回流反应24~48小时。
Figure BDA0003510040100000091
下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步说明。
实施例1
上述所述的
Figure BDA0003510040100000092
Figure BDA0003510040100000093
π为
Figure BDA0003510040100000094
A为
Figure BDA0003510040100000095
Br-A为
Figure BDA0003510040100000096
时,受体材料的制备如下:
(1)化合物1由DA'D通过Vilsmeier-Haack反应得到;
Figure BDA0003510040100000097
化合物1的合成:在100ml三口烧瓶中,加入DA'D(0.61g,0.50mmol)和无水N,N-甲酰胺(20ml),冰浴下加入三氯氧磷(1ml),搅拌反应2小时。将温度升至90℃搅拌过夜,冷却至室温,二氯甲烷萃取,旋干溶剂,用硅胶柱层析分离提纯,得到亮黄色固体(0.61g,0.45mmol),即为化合物1;
(2)化合物2由化合物1和5,6-二氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮、5-溴-3-(二氰基亚甲基)靛酮通过Knoevenagel缩合反应得到;
Figure BDA0003510040100000101
化合物2的合成:将化合物1(0.46g,0.35mmol),5,6-二氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮(IC-2F)(96.7mg,0.42mmol),5-溴-3-(二氰基亚甲基)靛酮(IC-o-Br)(114.7mg,0.42mmol),吡啶(1mL溶解在盛有30mL氯仿的单口瓶中,Ar保护下于65℃回流搅拌过夜,将反应冷却至室温,DCM萃取,粗产物用硅胶柱进行纯化,DCM/PE(1/1,v/v)作为洗脱剂,得到蓝色固体(化合物2)。(0.26g,40%);
化合物2的氢谱数据:1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.18(d,J=8.0Hz,2H),8.61–8.53(m,2H),8.03(d,J=1.8Hz,1H),7.87(dd,J=8.4,1.9Hz,1H),7.70(t,J=7.5Hz,1H),4.76(d,J=7.6Hz,4H),3.23(t,J=7.6Hz,4H),2.11(s,2H),1.95–1.80(m,4H),1.55–1.47(m,4H),1.43–1.25(m,30H),1.17–1.05(m,21H),1.07–0.68(m,59H).
(3)化合物2和2,5-双(三甲基锡基)噻吩通过stille偶联反应得到A16准聚合物受体材料,具体流程如图1所示;
Figure BDA0003510040100000111
化合物A16的合成:将化合物2(0.26g,0.14mmol),2,5-双(三甲基锡基)噻吩(24.6mg,0.06mmol),四三苯基膦钯(24mg,0.02mmol),甲苯30mL于100mL三口瓶中,氩气氛围下于110摄氏度反应24小时。反应冷却至室温,DCM萃取,柱层析纯化,DCM/PE(1/1,v/v)作为洗脱剂,得到蓝黑色固体(A16)。(86mg,40%)。
图2为实施例1制备得到的化合物2的1HNMR,从图可以看出氢的个数与目标产物一致,并具有相应的化学位移,所得化合物2为目标产物。
图3、图4分别为为实施例1制备得到的受体材料A16的1HNMR和13CNMR,从图可以看出,氢的个数与化学位移与所得目标产物A16一致,碳谱中化学位移及碳原子数也与目标产物一致;分析得出所得产物即为A16。
A16的氢谱数据:1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.15(d,J=14.2Hz,4H),8.77(d,J=8.3Hz,2H),8.62–8.52(m,2H),8.13(s,2H),7.99(d,J=8.3Hz,2H),7.71–7.59(m,4H),4.80(d,J=5.5Hz,8H),3.22(d,J=7.1Hz,8H),2.17(s,4H),1.89(dd,J=14.1,6.3Hz,8H),1.56(s,17H),1.39(s,8H),1.27(s,50H),1.21–0.92(m,108H),0.92–0.61(m,46H).
A16的碳谱数据:13C NMR(101MHz,CDCl3)δ186.06(s),158.76(s),155.66(d,J=16.3Hz),153.86(s),153.06(dd,J=13.9,6.5Hz),147.47(s),145.17(s),137.68(s),136.63(d,J=8.2Hz),136.03(s),135.21(s),134.50(d,J=6.3Hz),134.19(s),133.28(s),130.92(s),119.89(s),114.95(t,J=10.9Hz),114.56(s),113.59(s),112.41(d,J=19.5Hz),68.68(s),55.66(s),39.15(s),31.90(d,J=6.8Hz),31.26(s),30.53(s),30.08–29.12(m),25.58(s),22.66(d,J=7.8Hz),14.12(d,J=1.1Hz).
实施例2
按实施例1中所述合成步骤得到化合物2,再将化合物2和(3,4-二氟噻吩基)双三甲基锡,通过Stille偶联反应得到A19准聚合物受体材料。
Figure BDA0003510040100000121
化合物A19的合成:将化合物2(0.26g,0.14mmol),(3,4-二氟噻吩基)双三甲基锡(26.7mg,0.06mmol),四三苯基膦钯(24mg,0.02mmol),甲苯30mL于100mL三口瓶中,氩气氛围下于110摄氏度反应24小时。反应冷却至室温,DCM萃取,柱层析纯化,DCM/PE(1/1,v/v)作为洗脱剂,得到蓝黑色固体(A19)。(65mg,30%)。
实施例3
按实施例1中所述合成步骤得到化合物1,将化合物1和5,6-二氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮、5-溴-4-氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮通过Knoevenagel缩合反应得到化合物2’;
Figure BDA0003510040100000131
化合物2’的合成:将化合物1(0.46g,0.35mmol),5,6-二氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮(IC-2F)(96.7mg,0.42mmol),5-溴-4-氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮(IC-o-FBr)(122.3mg,0.42mmol),吡啶(1mL溶解在盛有30mL氯仿的单口瓶中,Ar保护下于65℃回流搅拌过夜,将反应冷却至室温,DCM萃取,粗产物用硅胶柱进行纯化,DCM/PE(1/1,v/v)作为洗脱剂,得到蓝色固体(化合物2’)。(0.23g,35%)。
将化合物2’和2,5-双(三甲基锡基)噻吩通过stille偶联反应得到A20准聚合物受体材料。
Figure BDA0003510040100000141
化合物A20的合成:将化合物2’(0.20g,0.11mmol),(3,4-二氟噻吩基)双三甲基锡(20.5mg,0.05mmol),四三苯基膦钯(19mg,0.016mmol),甲苯30mL于100mL三口瓶中,氩气氛围下于110摄氏度反应24小时。反应冷却至室温,DCM萃取,柱层析纯化,DCM/PE(1/1,v/v)作为洗脱剂,得到蓝黑色固体(A20)。(64mg,35%)。
图5为实施例1、2、3制备得到的受体材料A16、A19、A20在氯仿溶液中和薄膜状态下的吸收谱图。从图可以看出A16、19、A20的最大溶液吸收边分别为798nm,804nm,810nm,薄膜吸收边带分别为879nm,898nm,892nm,确保了高电流的获得。
应用例
将实施例1~2制备的准聚合物非富勒烯受体材料作为电子受体材料应用于有机光伏电池。
将准聚合物非富勒烯受体材料与电子给体材料制成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:将准聚合物非富勒烯受体材料与电子给体材料混合,加入溶剂溶解,得到浆液,所述浆液涂覆在导电玻璃上制备成薄膜,然后制备有机太阳能电池器件。溶剂一般采用三氯甲烷、邻二氯苯以及四氢呋喃中至少一种。准聚合物非富勒烯受体材料与电子给体材料的摩尔比为1~1.5:1,电子给体材料为PBTB-T-2F。
化合物PBDB-T-2F的结构式为:
Figure BDA0003510040100000151
R=2-ethylhexyl
将实施例1、2中合成的准聚合物受体材料A16、A19和给体聚合物材料PBDB-T-2F共混,得到PBDB-T-2F:A16和PBDB-T-2F:A19作为两组给受体共混的活性层。采用的有机太阳能电池器件结构为:ITO/PEDOT:PSS/活性层/PDINN/Ag,经测试,最后以(PBDB-T-2F:A16)和(PBDB-T-2F:A19)作为活性层的两组有机太阳能电池效率及性能参数如下表和图6、图7所示:
Figure BDA0003510040100000152
从上表及图6、图7中可以看出,基于准聚合物受体A16、A19的有机太阳能电池都达到了较高的能量转化效率(超过16%)。两组电池在保持高电流的同时(均接近25mA/cm2),电压都超过了0.9V。结果表明,该新分子设计策略为高效率有机太阳能电池材料设计具有重要意义。

Claims (10)

1.一种准聚合物非富勒烯受体材料,其特征在于,其具有式1结构:
Figure FDA0003510040090000011
式1中π基团为噻吩基团、噻吩衍生物基团、并二噻吩基团、并二噻吩衍生物基团、苯并二噻吩基团、苯并二噻吩衍生物基团、吡咯并二噻吩基团、吡咯并二噻吩衍生物基团、戊烷并二噻吩基团和戊烷并二噻吩衍生物基团中的任意一种;
式1中SMA基团表示非富勒烯稠环小分子受体,可为A-D-A型或A-DA'D-A型,制备所述非富勒烯稠环小分子受体需采用两个吸电子单元,即吸电子单元A、溴取代单元Br-A;
所述吸电子单元A选自以下基团中的任意一种:
Figure FDA0003510040090000012
所述溴取代单元Br-A选自以下基团中的任意一种:
Figure FDA0003510040090000013
其中,R1为氢原子、卤素取代基、C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、羰基、酯基和氰基中的任意一种;
所述卤素取代基为氟、氯和碘中的任意一种;所述酯基为C1~C20烷氧酰基。
2.根据权利要求1所述的准聚合物非富勒烯受体材料,其特征在于,所述π基团选自以下基团中的任意一种:
Figure FDA0003510040090000021
其中,所述R2基团为C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、羰基、酯基、苯基、取代苯基、噻吩基和取代噻吩基中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的准聚合物非富勒烯受体材料,其特征在于,所述取代苯基至少包含一个C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基;所述取代噻吩基至少包含一个C1~C20的烷基或C1~C20的烷氧基。
4.根据权利要求1或者2所述准聚合物非富勒烯受体材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将稠环给电子D或DA’D稠环单元通过Vilsmeier-Haack反应得到化合物1:
Figure FDA0003510040090000022
(2)将化合物1同时和两种不同的A酮和Br-A酮通过Knoevenagel反应,即得化合物2:
Figure FDA0003510040090000023
所述A酮为以下结构中任意一种:
Figure FDA0003510040090000031
其中,R1为氢原子、卤素(除溴原子外)、C1~C20的烷基、C1~C20的烷氧基、羰基、酯基和氰基中的任意一种;
所述Br-A酮为以下结构中任意一种:
Figure FDA0003510040090000032
(3)对π基团进行双边甲基锡取代反应,将化合物2和双边甲基锡取代的π进行Stille偶联反应,即得准聚合物非富勒烯受体材料;
所述双边甲基锡取代的π为以下结构中任意一种:
Figure FDA0003510040090000033
5.根据权利要求4所述准聚合物非富勒烯受体材料的制备方法,其特征在于,Vilsmeier-Haack反应的条件为:溶剂为N,N-二甲基甲酰胺,三氯氧磷为甲酰化试剂,化合物A与三氯氧磷的摩尔比为1:30~60;在80~105℃温度下回流反应8~12小时。
6.根据权利要求4所述准聚合物非富勒烯受体材料的制备方法,其特征在于,Knoevenagel反应的条件为:氯仿为溶剂,吡啶为缚酸剂,化合物A与A酮、Br-A酮的摩尔比为1:1.1~1.5:1.1~1.5;在60~70℃温度下回流反应12~16小时。
7.根据权利要求4所述准聚合物非富勒烯受体材料的制备方法,其特征在于,stille偶联反应的条件为:溶剂为甲苯,催化剂为四三苯基膦钯,催化剂的加入量为双边甲基锡取代的π化合物的总摩尔量的10%~15%;含不对称端基的稠环受体分子和双边甲基锡取代的π化合物的摩尔比为1:2.2~3;在110~130℃温度下回流反应24~48小时。
8.根据权利要求1~3中任一项所述准聚合物非富勒烯受体材料的应用,其特征在于,将其作为电子受体材料应用于有机光伏电池。
9.根据权利要求8所述准聚合物非富勒烯受体材料的应用,其特征在于,将准聚合物非富勒烯受体材料与电子给体材料制成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:将准聚合物非富勒烯受体材料与电子给体材料混合,加入溶剂溶解,得到浆液,所述浆液涂覆在导电玻璃上制备成薄膜,然后制备有机太阳能电池器件。
10.根据权利要求9所述准聚合物非富勒烯受体材料的应用,其特征在于,准聚合物非富勒烯受体材料与电子给体材料的摩尔比为1~1.5:1;所述电子给体材料为PM6、PBTB-T-2F、PBDB-T、D18、PTQ-10中的一种或者多种组合。
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