CN117603223A - 一种含环烷基的有机小分子化合物及其应用 - Google Patents

一种含环烷基的有机小分子化合物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含环烷基的有机小分子化合物，其可作为给体材料应用于有机太阳能电池器件中。本发明所提供的含环烷基的有机小分子化合物通过在末端吸电子单元中引入环烷基基团，环烷基基团相较于直链或支链烷基等取代基可以大幅减少由于分子旋转、振动、构象改变等引起的能量损失，使得有机化合物具有良好的稳定性和耐热性；同时环烷基基团可以促进分子采取平面铺展的排列，提升载流子传输性能，有效实现激子的电荷分离，从而提升有机太阳能电池的光电转换性能。

Description

一种含环烷基的有机小分子化合物及其应用
技术领域
本发明涉及有机太阳能电池材料领域，特别是一种含环烷基的有机小分子化合物及其应用。
背景技术
有机太阳能电池因其制备简单、成本低廉、选材广泛以及可制成柔性器件等优点，一直备受科研人员的关注，被认为是具有重大产业前景的新一代绿色能源技术。相比于传统的无机硅太阳能电池，有机太阳能电池具有轻薄化、柔性化、半透明化和室内/弱光发电，拓展传统光伏所无法实现的应用市场，在可穿戴电子设备、智慧物联、智慧家居、智慧农业、建筑光伏、新能源汽车、以新能源为主体的新型电力系统等方面具有广阔的应用前景。
高效率的有机太阳能电池所使用的给体材料多为聚合物材料，聚合物是通过分子量分布来大致确定分子量，这样使得聚合物有机太阳能电池在生产制备时容易出现批次之间的差异。而有机小分子具有确定的化学结构，分子量也是确定的，也更容易彻底的分离纯化，大量制备时的可控性更强，同时小分子可以避免高分子的某些特征，例如链节和链端的缺陷，这些缺陷可能会导致结构紊乱和低位陷阱态。虽然与聚合物给体材料相比，有机小分子材料结构更简单，更容易制备、修饰和优化，但是基于小分子给体和小分子受体的全小分子体系光活性层形貌调控方面的困难，全小分子有机太阳能电池的光电转换效率仍落后于聚合物太阳能电池。因此，开发新型小分子给体材料对于实现高效的全小分子有机太阳能电池至关重要。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请的目的在于提供一种有机小分子化合物，其可作为给体材料应用于有机太阳能电池器件中，从而提升小分子太阳能电池的光电转换效率。
为实现本发明的目的，解决的技术方案为：
一种含环烷基的有机小分子化合物，其具有化学式(I)所示的结构，
其中，
Z每次出现，相同或不同地选自O或S；
Ar1、Ar2每次出现，独立选自未取代或被R*取代具有6-20个碳原子的芳香基团，或未取代或被R*取代具有5-20个环原子的杂芳香基团；
n选自1、2、3或4；
m选自1、2、3或4；
R1、R2独立选自具有氢、氘、卤素、氰基、硝基、具有1至20个C原子的直链烷基、具有1至20个C原子的直链烷氧基、具有1至20个C原子的直链烷硫基、具有3至20个C原子的支链烷基、具有3至20个C原子的支链烷氧基、具有3至20个C原子的支链烷硫基、未取代或被R*取代具有6-20个碳原子的芳香基团，或未取代或被R*取代具有5-20个环原子的杂芳香基团，或上述基团组合形成的基团；
R3每次出现，相同或不同地选自具有3-20个碳原子的环烷基；
R*每次出现，选自氘、卤素、氰基、硝基、具有1至20个C原子的直链烷基、具有1至20个C原子的直链烷氧基、具有1至20个C原子的直链烷硫基、具有3至20个C原子的支链烷基、具有3至20个C原子的支链烷氧基、具有3至20个C原子的支链烷硫基、具有6-20个碳原子的芳香基团、具有5-20个环原子的杂芳香基团，或上述基团组合形成的基团。
本发明还提供一种混合物，包含如上所述含环烷基的有机小分子化合物，及至少另一种有机功能材料；所述至少另一种的有机功能材料选于阳极缓冲层材料，阴极缓冲层材料，活性层给体材料，或活性层受体材料。
一种有机电子器件，包含至少一功能层，所述功能层包含如上所述的含环烷基的有机小分子化合物或混合物。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益技术效果：
在小分子给体材料设计中，对末端吸电子单元的改动在调控其溶解度、能级、分子堆积模式、热稳定性中起着至关重要的作用，本发明通过在末端吸电子单元中引入环烷基基团，环烷基基团相较于直链或支链烷基等取代基可以大幅减少由于分子旋转、振动、构象改变等引起的能量损失，使得有机化合物具有良好的稳定性和耐热性；同时环烷基基团可以促进分子采取平面铺展的排列，提升载流子传输性能，有效实现激子的电荷分离，从而提升有机太阳能电池的光电转换性能；
尤其地，当末端吸电子单元选自金刚烷基时，延长分子共轭，避免电子局域化，有利于电子分离和传输，使化合物的空穴迁移率、空间结构和能级发生改变，从而与小分子受体材料更加适配，更有效地提高器件性能。
附图说明
图1为本发明器件实施例1-6、器件对比实施例1-2中有机太阳电池的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的选择范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。需要说明的是，当用至少两个选自“和/或”、“或/和”、“及/或”的连词组合连接至少三个项目时，应当理解，在本申请中，该技术方案毫无疑问地包括均用“逻辑与”连接的技术方案，还毫无疑问地包括均用“逻辑或”连接的技术方案。比如，“A及/或B”包括A、B和A+B三种并列方案。又比如，“A，及/或，B，及/或，C，及/或，D”的技术方案，包括A、B、C、D中任一项(也即均用“逻辑或”连接的技术方案)，也包括A、B、C、D的任意的和所有的组合，也即包括A、B、C、D中任两项或任三项的组合，还包括A、B、C、D的四项组合(也即均用“逻辑与”连接的技术方案)。
在本发明中，活性层、光活性层具有相同的含义，可以互换。
在本发明中，有机光伏器件、有机太阳能电池、OPV具有相同的含义，可以互换。
在本发明中，同一取代基多次出现时，可独立选自相同或不同的基团。如通式含有多个R3，则R3可独立选自相同或不同的基团。
在本发明中，“烷基”可以表示直链、支链和/或环状烷基。直链烷基的碳数可以为1至20、1至16、1至10、或1至6。支链烷基的碳数可以为3至20、3至16、3至10或3至6。直链烷基的非限制性实例包括甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、-C10H21、-C11H23、-C12H25、-C13H27、-C14H29、-C15H31、-C16H33。支链烷基的非限制性实例包括：异丙基、含有4个C原子的支链烷基、含有5个C原子的支链烷基、含有6个C原子的支链烷基、含有7个C原子的支链烷基、含有8个C原子的支链烷基、含有9个C原子的支链烷基、含有10个C原子的支链烷基、含有11个C原子的支链烷基、含有12个C原子的支链烷基、含有13个C原子的支链烷基、含有14个C原子的支链烷基、含有15个C原子的支链烷基、含有16个C原子的支链烷基。环状烷基的非限制性实例包括：环丙基、环丁基、环戊基、环己基、含有7个C原子的环烷基、含有8个C原子的环烷基、含有9个C原子的环烷基、含有10个C原子的环烷基、含有11个C原子的环烷基、含有12个C原子的环烷基、含有13个C原子的环烷基、含有14个C原子的环烷基、含有15个C原子的环烷基、含有16个C原子的环烷基。
术语“直链烷氧基”是指结构为“-O-直链烷基”的基团，所述直链烷基定义同上所述。
术语“支链烷氧基”是指结构为“-O-支链烷基”的基团，所述支链烷基定义同上所述。
术语“直链烷硫基”是指结构为“-S-直链烷基”的基团，所述直链烷基定义同上所述。
术语“支链烷硫基”是指结构为“-S-支链烷基”的基团，所述支链烷基定义同上所述。
在本发明中，“卤素”包括氟、氯、溴、碘等。
在本发明中，“环原子数”表示原子键合成环状而得到的结构化合物(例如，单环化合物、稠环化合物、交联化合物、碳环化合物、杂环化合物)的构成该环自身的原子之中的原子数。该环被取代基所取代时，取代基所包含的原子不包括在成环原子内。关于以下所述的“环原子数”，在没有特别说明的条件下也是同样的。例如，苯环的环原子数为6，萘环的环原子数为10，噻吩基的环原子数为5，噻吩并噻吩的环原子数为8。
在本发明中，“芳香基团”指的是衍生自芳香碳环的任选官能团或取代基。芳香基团可以是单环芳基(例如苯基)或多环芳基，换言之，芳香基团可以是单环芳香基团、稠环芳香基团、通过碳碳键共轭连接的两个或者更多个单环芳香基团、通过碳碳键共轭连接的单环芳香基团和稠环芳香基团、通过碳碳键共轭连接的两个或者更多个稠环芳香基团。即，除非另有说明，通过碳碳键共轭连接的两个或者更多个芳香基团也可以视为本申请的芳香基团。芳香基团包括但不限于：苯基、联苯基、三联苯基、萘基、蒽基、菲基、荧蒽基、三亚苯基、芘基、苝基、并四苯基、芴基、二萘嵌苯基、苊基及其衍生物。
在本发明中，“杂芳香基团”是指环中包含1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多个杂原子的一价芳香环或其衍生物，杂原子可以是B、O、N、P、Si、Se和S中的至少一种。杂芳香基团可以是单环杂芳基或多环杂芳基，换言之，杂芳香基团可以是单个芳香环体系，也可以是通过碳碳键共轭连接的多个芳香环体系，且任一芳香环体系为一个芳香单环或者一个芳香稠环。杂芳香基团包括但不限于：噻吩基、呋喃基、吡咯基、二唑基、三唑基、咪唑基、吡啶基、联吡啶基、嘧啶基、三嗪基、吖啶基、哒嗪基、吡嗪基、喹啉基、异喹啉基、喹唑啉基、喹喔啉基、酞嗪基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、吲哚基、吡咯并咪唑基、吡咯并吡咯基、噻吩并吡咯基、噻吩并噻吩基、呋喃并吡咯基、呋喃并呋喃基、噻吩并呋喃基、苯并异噁唑基、苯并异噻唑基、苯并咪唑基、邻二氮萘基、菲啶基、伯啶基、喹唑啉酮基、二苯并噻吩基、二苯并呋喃基、咔唑基及其衍生物。
本发明中，与单键相连的“*”表示连接或稠合位点。
本发明中，基团中未指明连接位点时，表示基团中任选可连接位点作为连接位点。
本发明中，一个或多个基团“独立地选自”表示，一个或多个基团同时且在化合物中多处出现时，它们都是独立地选择，可以是相同的，也可以是不同的。
本发明中所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”、“组合”等中包括所列基团中任两个、任三个或任三个以上项目的所有合适的组合方式。
本发明中，“进一步”、“更进一步”、“特别”等用于描述目的，表示内容上的差异，但并不应理解为对本发明保护范围的限制。
本发明中，“可选地”、“可选的”、“可选”，指可有可无，也即指选自“有”或“无”两种并列方案中的任一种。如果一个技术方案中出现多处“可选”，如无特别说明，且无矛盾之处或相互制约关系，则每项“可选”各自独立。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明第一方面提供一种含环烷基的有机小分子化合物，具有化学式(I)所示的结构：
其中，
Z每次出现，相同或不同地选自O或S；
Ar1、Ar2每次出现，独立选自未取代或被R*取代具有6-20个碳原子的芳香基团，或未取代或被R*取代具有5-20个环原子的杂芳香基团；
n选自1、2、3或4；
m选自1、2、3或4；
R1、R2独立选自具有氢、氘、卤素、氰基、硝基、具有1至20个C原子的直链烷基、具有1至20个C原子的直链烷氧基、具有1至20个C原子的直链烷硫基、具有3至20个C原子的支链烷基、具有3至20个C原子的支链烷氧基、具有3至20个C原子的支链烷硫基、未取代或被R*取代具有6-20个碳原子的芳香基团，或未取代或被R*取代具有5-20个环原子的杂芳香基团，或上述基团组合形成的基团；
R3每次出现，相同或不同地选自具有3-20个碳原子的环烷基；
R*每次出现，独立选自氘、卤素、氰基、硝基、具有1至20个C原子的直链烷基、具有1至20个C原子的直链烷氧基、具有1至20个C原子的直链烷硫基、具有3至20个C原子的支链烷基、具有3至20个C原子的支链烷氧基、具有3至20个C原子的支链烷硫基、具有6-20个碳原子的芳香基团、具有5-20个环原子的杂芳香基团，或上述基团组合形成的基团。
进一步地，R*每次出现，独立选自氘、卤素、氰基、硝基、具有1至16个C原子的直链烷基、具有1至16个C原子的直链烷氧基、具有1至16个C原子的直链烷硫基、具有3至16个C原子的支链烷基、具有3至16个C原子的支链烷氧基、具有3至16个C原子的支链烷硫基、具有6-12个碳原子的芳香基团，或具有5-12个环原子的杂芳香基团，或上述基团组合形成的基团。
在本发明中，“每次出现，独立选自”和“每次出现，相同或不同地选自”可以互换，均应做广义理解，其既可以是指不同基团之间具体选项互相不影响，也可以指相同基团之间具体选项互相不影响。
在本发明中，“未取代或被R*取代”表示该术语后面限定的官能团可以不被取代，也可以被一个或多个R*取代。
所述“一个或多个”表示一个、两个、三个或四个及以上
在一实施例中，R3每次出现，相同或不同地选自具有3-15个碳原子的环烷基；进一步，R3每次出现，相同或不同地选自具有3-10个碳原子的环烷基。
更进一步地，R3每次出现，相同或不同地选自如下任一基团：
*表示连接位点。
在一具体地实施例中，每次出现，相同或不同地选自如下任一基团：
进一步的，通式I中，每次出现，选择的基团相同。
在一实施例中，Z选自O。
在另一些优选的实施例中，Z选自S。当Z选自S时，含环烷基有机小分子材料中的化学式含有苯并二噻吩单元，因此其具有较大的共轭体系和很好的对称平面性，以及优越的电荷传输性能，当作为给体单元用于有机化合物中，可以提高材料的电荷传输性能。
在一优选的实施例中，R1、R2独立选自具有1至16个C原子的直链烷基、具有1至16个C原子的直链烷氧基、具有1至16个C原子的直链烷硫基、具有3至16个C原子的支链烷基、具有3至16个C原子的支链烷氧基、具有3至16个C原子的支链烷硫基、未取代或被R*取代具有6-10个碳原子的芳香基团，或未取代或被R*取代具有5-10个环原子的杂芳香基团，或上述基团组合形成的基团。其原因在于，优选的R1、R2基团可以赋予化合物前线轨道“二维”特性，导致更多链间的π重叠，由此提高材料激子扩散或者电荷传输。
在一更优选的实施例中，R1、R2独立选自具有1至16个C原子的直链烷基、具有1至16个C原子的直链烷氧基、具有1至16个C原子的直链烷硫基、具有3至16个C原子的支链烷基、具有3至16个C原子的支链烷氧基、具有3至16个C原子的支链烷硫基、或如下任一基团：
其中，R4、R5、R6、R7每次出现，相同或不同地选自氢、氘、卤素、氰基、硝基、具有1至16个C原子的直链烷基、具有1至16个C原子的直链烷氧基、具有1至16个C原子的直链烷硫基、具有3至16个C原子的支链烷基、具有3至16个C原子的支链烷氧基、具有3至16个C原子的支链烷硫基，或上述基团组合形成的基团。
进一步的，R4、R5、R6、R7每次出现，相同或不同地选自氢、氘、氟基、氯基、溴基、氰基、-CF3、具有3至16个C原子的支链烷基、具有3至16个C原子的支链烷氧基、或具有3至16个C原子的支链烷硫基。
所述“3至16个C原子的支链烷基”包含
在一实施例中，所述一种含环烷基的有机小分子化合物，具有如通式(II-1)或(II-2)所示结构：
在一具体地实施例中，R1、R2独立选自如下任一结构：
进一步的，通式(I)中R1，R2选择的相同的基团。
在一实施例中，Ar1、Ar2每次出现，独立选自未取代或被R*取代具有6-12个碳原子的芳香基团，或未取代或被R*取代具有5-12个环原子的杂芳香基团。
优选地，Ar1、Ar2每次出现，独立选自如下任一基团：
其中，
X每次出现，独立选自N或CR8；
Y每次出现，独立选自O或S或Se；
W每次出现，独立选自O、S、CR9R10、NR11；
R8、R9、R10、R11每次出现，独立选自氢、氘、卤素、氰基、硝基、具有1至20个C原子的直链烷基、具有1至20个C原子的直链烷氧基、具有1至20个C原子的直链烷硫基、具有3至20个C原子的支链烷基、具有3至20个C原子的支链烷氧基、具有3至20个C原子的支链烷硫基、具有6-20个碳原子的芳香基团，或具有5-20个环原子的杂芳香基团，或上述基团组合形成的基团；
*表示连接位点。
进一步，R8、R9、R10、R11每次出现，独立选自氢、氘、卤素、氰基、硝基、具有1至16个C原子的直链烷基、具有1至16个C原子的直链烷氧基、具有1至16个C原子的直链烷硫基、具有3至16个C原子的支链烷基、具有3至16个C原子的支链烷氧基、具有3至16个C原子的支链烷硫基，或上述基团组合形成的基团。
在一实施例中，独立选自如下任一基团：
在一优选地实施例中，独立选自如下任一基团：
其中，
R8、R11每次出现，独立选自氘、卤素、氰基、硝基、具有1至10个C原子的直链烷基、具有1至16个C原子的直链烷氧基、具有1至10个C原子的直链烷硫基、具有3至16个C原子的支链烷基、具有3至10个C原子的支链烷氧基、具有3至10个C原子的支链烷硫基。
进一步的，R8每次出现，独立选自氘、氟、具有1至10个C原子的直链烷基、具有1至10个C原子的直链烷氧基、具有3至10个C原子的支链烷基、具有3至10个C原子的支链烷氧基。
进一步的，R11每次出现，独立选具有3至16个C原子的支链烷基。
在一具体地实施例中，所述独立选自如下基团：
更进一步的，通式I中选择的基团相同。
在一具体实施例中，所述一种含环烷基的有机小分子化合物，选自如下任一结构式，但不限于此：
本发明第二方面提供一种光活性层材料，所述光活性层材料选自如第一方面所述的含环烷基的有机小分子化合物。
优选地，本发明提供一种光活性层给体材料，所述光活性层给体材料选自本发明所提供的含环烷基的有机小分子化合物。
本发明第三方面提供一种混合物，所述混合物包含如本发明所提供的含环烷基的有机小分子化合物，及至少另一种有机功能材料；所述至少另一种的有机功能材料可选于阳极缓冲层材料，阴极缓冲层材料，活性层给体材料，或活性层受体材料。含环烷基的有机小分子化合物与另一种有机功能材料的重量比为从1:99到99:1。
在一实施例中，所述混合物包含光活性层给体材料和光活性层受体材料，其重量比为给体材料/受体材料为1:1至1:1.2。
在一实施例中，所述至少另一种有机功能材料包含至少一种光活性层受体材料；优选地，所述光活性层受体材料选自如下结构的中的一种、两种或两种以上：
本发明第四方面提供一种组合物，所述组合物包含如第一方面所述的含环烷基的有机小分子化合物，或包含如第三方面所述的混合物，及至少一种有机溶剂。所述有机溶剂选自脂族烃、氯代烃、芳族烃、酮、醚及其混合物。
在一实施例中，所述有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯、邻二氯苯、四氢呋喃、苯甲醚、2,4-二甲基苯甲醚、1-甲基萘、吗啉、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、1,4-二恶烷、丙酮、甲基乙基酮、1,2-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜1,5-二甲基四氢呋喃、苯乙酮、苯乙酮、四氢萘、2-甲基噻吩、3-甲基噻吩、十氢化萘、茚满、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、均三甲苯或上述有机溶剂的混合物。
在一优选实施例中，所述有机溶剂选自氯苯、甲苯、邻二甲苯、或氯仿，但不限于此。
可以理解，所述有机溶剂可从溶剂体系中蒸发，以形成包括所述有机化合物的薄膜。
在一实施例中，所述组合物为溶液。在另一些实施例中，所述组合物为悬浮液。溶液或悬浮液还可以另外包括添加剂，用于调节粘度、调节成膜性能、提高附着性等。所述添加剂可以选自但不限于表面活性化合物、润滑剂、润湿剂、分散剂、疏水剂及粘接剂中的至少一种。
本发明的组合物可作为涂料或印刷油墨在制备有机太阳能电池时的用途。在一实施例中，所述组合物通过打印或涂布的制备方法用于制备有机电子器件。所述打印或涂布的制备方法可以为但不限于喷墨打印、凹版印刷、喷印、活版印刷、丝网印刷、浸涂、旋转涂布、刮刀涂布、辊筒印花、扭转辊印刷、平版印刷、柔版印刷、轮转印刷、喷涂、刷涂、移印、狭缝型挤压式涂布等。首选的是狭缝涂布、旋转涂布及喷墨印刷。
本发明第五方面提供如第一方面所述的含环烷基的有机小分子化合物、第三方面所述的混合物或第四方面所述组合物在有机电子器件中的应用。
一种有机电子器件，包含至少一功能层，所述功能层包含如上所述的有机化合物或混合物。优选地，所述有机电子器件选自有机太阳能电池(OPV)。
一种有机太阳能电池，包括第一电极、第二电极、以及设置在第一电极和第二电极之间的一个或多个功能层，所述功能层至少包含一光活性层，所述光活性层材料选自如上所述的有机化合物或混合物，或由上述的组合物制备而成。
所述一个或多个功能层可为单层结构，当为单层结构时，所述功能层选自光活性层。
所述一个或多个功能层也可为层合有两个或多个功能层的多层串联结构。当为两个或多个功能层的多层串联结构时，功能层可包括阳极缓冲层、光活性层、阴极缓冲层中至少两层。所述功能层可使用制备有机太阳能电池的常见方法和材料来制备。
在一优选地实施例中，所述一个或多个功能层选自阳极缓冲层、光活性层、阴极缓冲层。
在一实施例中，所述第一电极为阳极，第二电极为阴极；在另一实施例中，第一电极可为阴极，并且第二电极可为阳极。
进一步的，有机太阳能电池还包括基底。具体地，所述基底可设置在第一电极的下部。
在一实施例中，作为基底，可以使用具有优良的透明度、表面平滑性、易操作性和防水性的基底。具体地，可使用玻璃基底、薄膜玻璃基底或透明塑料基底。塑料基底可包括单层或多层形式的膜，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)和聚酰亚胺(PI)等，但不限于此，也可使用通常用于有机太阳能电池的基底。
阳极电极可以由透明或半透明的材料制成，但不限于此。阳极电极可以包括金属，例如钒、铬、铜、锌和金，或其合金；金属氧化物，例如氧化锌、氧化铟、氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)；金属和氧化物的组合，例如ZnO∶Al或SnO2∶Sb；以及导电聚合物，例如聚(3-甲基噻吩)、聚[3，4-(乙烯-1，2-二氧)噻吩](PEDOT)、聚吡咯和聚苯胺等，但不限于此。
阴极电极可以采用低功函数的金属制成。阴极电极可以包括金属，例如银(Ag)、铝(Al)、铂(Pt)、钨(W)、铜(Cu)、钼(Mo)、金(Au)、镍(Ni)和钯(Pd)，或其合金；以及具有多层结构的材料，例如LiF/Al、LiO2/Al、LiF/Fe、MoO3/Al、Al∶Li、Al∶BaF2以及Al∶BaF2∶Ba，但不限于此。
光活性层包含电子给体材料和电子受体材料。具体地，所述电子给体材料选自如上所述的含环烷基的有机小分子化合物，所述受体材料优选自化合物(RM-1)-(RM-21)中一种、两种或两种以上。
阳极缓冲层材料可以选自聚(苯乙烯磺酸)的PEDOT：PSS(聚(3，4-乙烯二氧噻吩))、钼氧化物(MoOx)、氧化钒(V2O5)、氧化镍(NiO)、钨氧化物(WOx，优选的，x选自2或3)等，但不限于此。
阴极缓冲层材料可以是吸电子的金属氧化物或聚合物，金属氧化物可以为包含8-羟基喹啉的金属络合物、包含Alq3的络合物、包含Liq的金属络合物、LiF、Ca、钛氧化物(TiOx)、氧化锌(ZnO)、碳酸铯(Cs2CO3)等，聚合物可以为PFN-Br或PFN等，但不限于此。
本发明还涉及按照本发明制备的有机太阳能电池在各种设备中的应用，包含，但不限于，汽车和建筑集成光伏(BIPV)、电子价签、室内光伏、物联网、智慧农业等等。
下面将结合优选化合物制备及器件实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于下述实施例，应当理解，所附权利要求概括了本发明的范围在本发明构思的引导下本领域的技术人员应意识到，对本发明的各实施例所进行的一定的改变，都将被本发明的权利要求书的精神和范围所覆盖。
实施例1：化合物(1)的合成
化合物1-2的合成：
准确称取化合物罗丹宁(2.7g,20mmol)，氢氧化钾(3.4g,60mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入50mL乙醇。抽换氮气三次后，整个体系升温至80℃搅拌12h。待原料完全反应后用冰浴降温，抽滤，滤饼用乙醇淋洗三次得到粗品。将粗品和化合物1-1(1.6g,10mmol)加入100mL三口烧瓶中,加入30mL DMF。整个体系升温至130℃搅拌12h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE为淋洗剂，通过硅胶柱层析纯化，得到化合物1-2约2.9g,收率:68％。MS:215.49。
化合物1-5的合成：
准确称量化合物1-3(4.0g,5mmol)，化合物1-4(5.5g，10mmol)，Pd(PPh3)4(0.12g,0.1mmol)，依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝8:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物1-5约5.9g,收率为83％。MALDI-TOF MS:1420.68。
化合物1-6的合成：
准确称取化合物1-5(5.7g,4mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入25mL DMF。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，称取三氯氧磷(1.2g,8mmol)缓缓滴加于反应体系中，滴加完毕后保持0℃搅拌3h,自然升至室温反应6h。将反应液倒入水中淬灭，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝10:1(体积比)，得到化合物1-6约3.8g，收率：64％。MALDI-TOF MS:1476.72。
化合物(1)的合成：
准确称取化合物1-6(0.37g，0.25mmol)，化合物1-2(0.12g，0.55mmol)和1mL哌啶,依次加入到100mL三口烧瓶中，加入7mL无水氯仿，在氩气保护下，加热到60℃搅拌12小时。等反应液冷却下来，减压蒸馏除去多余溶剂，加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物(1)约0.36g，收率78％。MALDI-TOF MS:1871.47。
实施例2：化合物(10)的合成
化合物10-2的合成：
准确称取化合物罗丹宁(2.7g,20mmol)，氢氧化钾(3.4g,60mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入50mL乙醇。抽换氮气三次后，整个体系升温至80℃搅拌12h。待原料完全反应后用冰浴降温，抽滤，滤饼用乙醇淋洗三次得到粗品。将粗品和化合物10-1(2.2g,10mmol)加入100mL三口烧瓶中,加入30mL DMF。整个体系升温至130℃搅拌12h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE为淋洗剂，通过硅胶柱层析纯化，得到化合物10-2约3.8g,收率:72％。MS:267.33。
化合物10-5的合成：
准确称量化合物10-3(4.9g,5mmol)，化合物10-4(4.1g，10mmol)，Pd(PPh3)4(0.12g,0.1mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝9:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物10-5约5.3g,收率为80％。MALDI-TOF MS:1316.32。
化合物10-6的合成：
准确称取化合物10-5(4.6g,3.5mmol)，NBS(1.3g,7mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入50mL氯仿和5mL醋酸。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，整个体系保持0℃反应6h,自然升至室温，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝8:1(体积比)，得到化合物10-6约4.6g，收率：89％。MALDI-TOF MS:1473.60。
化合物10-8的合成：
准确称量化合物10-6(4.4g,3mmol)，化合物10-7(2.2g，6mmol)，Pd(PPh3)4(0.07g,0.06mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝8:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物10-8约3.8g,收率为86％。MALDI-TOF MS：1480.48。
化合物10-9的合成：
准确称取化合物10-8(2.9g,2mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入15mL DMF。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，称取三氯氧磷(0.6g,4mmol)缓缓滴加于反应体系中，滴加完毕后保持0℃搅拌3h,自然升至室温反应6h。将反应液倒入水中淬灭，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物10-9约2.1g，收率：69％。MALDI-TOF MS：1536.95
化合物(10)的合成：
准确称取化合物10-9(0.77g，0.5mmol)，化合物10-2(0.29g，1.1mmol)和2mL哌啶,依次加入到100mL三口烧瓶中，加入10mL无水氯仿，在氩气保护下，加热到60℃搅拌12小时。等反应液冷却下来，减压蒸馏除去多余溶剂，加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物(10)约0.77g，收率75％。MALDI-TOF MS：2035.72。
实施例3：化合物(17)的合成
化合物17-2的合成：
准确称量化合物17-1(4.8g,5mmol)，化合物10-4(4.1g，10mmol)，Pd(PPh3)4(0.12g,0.1mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝10:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物17-2约5.3g,收率为82％。MALDI-TOF MS:1295.84。
化合物17-3的合成：
准确称取化合物17-2(4.5g,3.5mmol)，NBS(1.3g,7mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入40mL氯仿和5mL醋酸。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，整个体系保持0℃反应6h,自然升至室温，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝8:1(体积比)，得到化合物17-3约4.6g，收率：90％。MALDI-TOF MS:1453.57。
化合物17-4的合成：
准确称量化合物17-3(4.3g,3mmol)，化合物10-7(2.2g，6mmol)，Pd(PPh3)4(0.07g,0.06mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝8:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物17-4约3.7g,收率为85％。MALDI-TOF MS:1460.45。
化合物17-5的合成：
准确称取化合物17-4(1.2g,0.8mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入15mL DMF。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，称取三氯氧磷(0.25g,1.6mmol)缓缓滴加于反应体系中，滴加完毕后保持0℃搅拌3h,自然升至室温反应6h。将反应液倒入水中淬灭，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝10:1(体积比)，得到化合物17-5约0.8g，收率：66％。MALDI-TOFMS:1516.44。
化合物(17)的合成：
准确称取化合物17-5(0.76g，0.5mmol)，化合物10-2(0.29g，1.1mmol)和2mL吡啶,依次加入到100mL三口烧瓶中，加入10mL无水氯仿，在氩气保护下，加热到60℃搅拌12小时。等反应液冷却下来，减压蒸馏除去多余溶剂，加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物(17)约0.73g，收率73％。MALDI-TOF MS：2015.70。
实施例4：化合物(20)的合成
化合物20-2的合成：
准确称量化合物20-1(4.5g,5mmol)，化合物1-4(5.5g，10mmol)，Pd(PPh3)4(0.12g,0.1mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝10:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物20-2约6.4g,收率为84％。MALDI-TOF MS：1520.61。
化合物20-3的合成：
准确称取化合物20-2(6.1g,4mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入25mL DMF。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，称取三氯氧磷(1.2g,8mmol)缓缓滴加于反应体系中，滴加完毕后保持0℃搅拌3h,自然升至室温反应6h。将反应液倒入水中淬灭，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物20-3约4.8g，收率：77％。MALDI-TOF MS：1576.72。
化合物(20)的合成：
准确称取化合物20-3(0.79g，0.5mmol)，化合物10-2(0.29g，1.1mmol)和2mL哌啶,依次加入到100mL三口烧瓶中，加入10mL无水氯仿，在氩气保护下，加热到60℃搅拌12小时。等反应液冷却下来，减压蒸馏除去多余溶剂，加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物(20)约0.77g，收率74％。MALDI-TOF MS：2075.54。
实施例5：化合物(37)的合成
化合物37-2的合成：
准确称量化合物37-1(2.7g,12mmol)于100mL三口烧瓶中，加入30mL无水四氢呋喃，置换氮气3次，将温度降至-78℃，缓慢滴加7.2mL正丁基锂(2.5M),该过程温度始终保持-78℃，搅拌1h后，加入四溴甲烷(5.2g，15.6mmol)，室温下搅拌12h。然后用蒸馏水终止反应，用乙酸乙酯萃取后，用柱色谱法纯化，得到化合物37-2约3.1g，收率85％。MS:303.58。
化合物37-4的合成：
准确称量化合物37-3(5.3g,5mmol)，化合物37-2(3.0g，10mmol)，Pd(PPh3)4(0.12g,0.1mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝10:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物37-4约5.1g,收率为86％。MS:1191.83。
化合物37-5的合成：
准确称取化合物37-4(4.2g,3.5mmol)，NBS(1.3g,7mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入40mL氯仿和5mL醋酸。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，整个体系保持0℃反应6h,自然升至室温，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝7:1(体积比)，得到化合物37-5约4.1g，收率：87％。MALDI-TOF MS：1349.73。
化合物37-7的合成：
准确称量化合物37-5(4.1g,3mmol)，化合物37-6(2.8g，6mmol)，Pd(PPh3)4(0.07g,0.06mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝8:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物37-7约3.6g,收率为78％。MALDI-TOF MS:1524.43。
化合物37-8的合成：
准确称取化合物37-7(3.1g,2mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入15mL DMF。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，称取三氯氧磷(0.6g,4mmol)缓缓滴加于反应体系中，滴加完毕后保持0℃搅拌3h,自然升至室温反应6h。将反应液倒入水中淬灭，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝10:1(体积比)，得到化合物37-8约1.9g，收率：62％。MALDI-TOF MS:1580.76。
化合物(37)的合成：
准确称取化合物37-8(0.79g，0.5mmol)，化合物1-2(0.24g，1.1mmol)和2mL哌啶,依次加入到100mL三口烧瓶中，加入10mL无水氯仿，在氩气保护下，加热到60℃搅拌12小时。等反应液冷却下来，减压蒸馏除去多余溶剂，加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物(37)约0.69g，收率70％。MALDI-TOF MS：1975.53。
实施例6：化合物(52)的合成
化合物52-2的合成：
准确称取化合物罗丹宁(2.7g,20mmol)，氢氧化钾(3.4g,60mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入50mL乙醇。抽换氮气三次后，整个体系升温至80℃搅拌12h。待原料完全反应后用冰浴降温，抽滤，滤饼用乙醇淋洗三次得到粗品。。将粗品和化合物52-1(1.8g,10mmol)加入100mL三口烧瓶中,加入30mLDMF。整个体系升温至130℃搅拌12h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE为淋洗剂，通过硅胶柱层析纯化，得到化合物52-2约3.4g,收率:75％。MS:227.53。
化合物52-4的合成：
准确称量化合物52-3(5.9g,12mmol)，NBS(2.1g,12mmol)于100mL三口烧瓶中，加入50mL二氯甲烷，置换氮气3次，整个体系加热至回流反应12h。反应结束后降至室温，减压蒸馏除去多余的溶剂，以PE为淋洗剂，通过硅胶柱层析纯化，得到化合物52-4约5.9g,收率:85％。MS:577.42。
化合物52-6的合成：
准确称量化合物52-5(4.5g,5mmol)，化合物52-4(5.8g，10mmol)，Pd(PPh3)4(0.12g,0.1mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝8:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物52-6约6.9g,收率为87％。MALDI-TOF MS:1572.86。
化合物52-7的合成：
准确称取化合物52-6(6.3g,4mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入30mL DMF。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，称取三氯氧磷(1.2g,8mmol)缓缓滴加于反应体系中，滴加完毕后保持0℃搅拌3h,自然升至室温反应6h。将反应液倒入水中淬灭，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝10:1(体积比)，得到化合物52-7约4.4g，收率：67％。MALDI-TOF MS：1628.60。
化合物52的合成：
准确称取化合物52-7(0.82g，0.5mmol)，化合物52-2(0.25g，1.1mmol)和2mL哌啶,依次加入到100mL三口烧瓶中，加入10mL无水氯仿，在氩气保护下，加热到60℃搅拌12小时。等反应液冷却下来，减压蒸馏除去多余溶剂，加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物(52)约0.79g，收率77％。MALDI-TOF MS：2047.37。
实施例7：化合物(53)的合成
化合物53-2的合成：
准确称量化合物53-1(6.5g,12mmol)，NBS(2.1g,12mmol)于250mL三口烧瓶中，加入70mL二氯甲烷，置换氮气3次，整个体系加热至回流反应12h。反应结束后降至室温，减压蒸馏除去多余的溶剂，以PE为淋洗剂，通过硅胶柱层析纯化，得到化合物53-2约6.5g,收率:87％。MS：622.43。
化合物53-4的合成：
准确称量化合物53-3(4.5g,5mmol)，化合物53-2(6.2g，10mmol)，Pd(PPh3)4(0.12g,0.1mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝35:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物53-4约7.3g,收率为88％。MALDI-TOF MS：1662.65。
化合物53-5的合成：
准确称取化合物53-4(6.7g,4mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入30mL DMF。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，称取三氯氧磷(1.2g,8mmol)缓缓滴加于反应体系中，滴加完毕后保持0℃搅拌3h,自然升至室温反应6h。将反应液倒入水中淬灭，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝10:1(体积比)，得到化合物53-5约4.9g，收率：71％。MALDI-TOF MS：1718.69。
化合物53的合成：
准确称取化合物53-5(0.86g，0.5mmol)，化合物52-2(0.25g，1.1mmol)和2mL哌啶,依次加入到100mL三口烧瓶中，加入10mL无水氯仿，在氩气保护下，加热到60℃搅拌12小时。等反应液冷却下来，减压蒸馏除去多余溶剂，加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物(53)约0.84g，收率79％。MALDI-TOF MS：2137.57。
实施例8：化合物(62)的合成
化合物62-2的合成：
准确称取化合物罗丹宁(2.7g,20mmol)，氢氧化钾(3.4g,60mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入50mL乙醇。抽换氮气三次后，整个体系升温至80℃搅拌12h。待原料完全反应后用冰浴降温，抽滤，滤饼用乙醇淋洗三次得到粗品。将粗品和化合物62-1(1.9g,10mmol)加入100mL三口烧瓶中,加入30mL DMF。整个体系升温至130℃搅拌12h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE为淋洗剂，通过硅胶柱层析纯化，得到化合物62-2约3.7g,收率:77％。MS:241.16。
化合物62-5的合成：
准确称量化合物62-3(4.7g,5mmol)，化合物62-4(2.8g，10mmol)，Pd(PPh3)4(0.12g,0.1mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝10:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物62-5约4.4g,收率为87％。MS:1003.33。
化合物62-6的合成：
准确称量化合物62-5(3.9g,4mmol)，NBS(1.4g,8mmol)于100mL三口烧瓶中，加入40mL氯仿和5mL醋酸。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，整个体系保持0℃反应6h,自然升至室温，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝7:1(体积比)，得到化合物62-6约4.3g,收率:92％。MS：1161.62。
化合物62-7的合成：
准确称量化合物62-6(3.5g,3mmol)，化合物37-6(2.8g，6mmol)，Pd(PPh3)4(0.07g,0.06mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝10:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物62-7约3.5g,收率为88％。MALDI-TOF MS：1336.32。
化合物62-8的合成：
准确称取化合物62-7(2.68g,2mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入15mL DMF。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，称取三氯氧磷(0.6g,4mmol)缓缓滴加于反应体系中，滴加完毕后保持0℃搅拌3h,自然升至室温反应6h。将反应液倒入水中淬灭，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝10:1(体积比)，得到化合物62-8约1.8g，收率：64％。MALDI-TOF MS：1392.34。
化合物(62)的合成：
准确称取化合物62-8(0.7g，0.5mmol)，化合物62-2(0.27g，1.1mmol)和2mL哌啶，依次加入到100mL三口烧瓶中，加入100mL无水氯仿，在氩气保护下，加热到60℃搅拌12小时。等反应液冷却下来，减压蒸馏除去多余溶剂，加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物(62)约0.61g，收率67％。MALDI-TOF MS：1838.44。
实施例9：化合物(63)的合成
化合物63-2的合成：
准确称量化合物63-1(4.8g,5mmol)，化合物62-4(2.8g，10mmol)，Pd(PPh3)4(0.12g,0.1mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝10:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物63-2约4.2g,收率为82％。MS:1031.45。
化合物63-3的合成：
准确称量化合物63-2(4.1g,4mmol)，NBS(1.4g,8mmol)于100mL三口烧瓶中，加入40mL氯仿和5mL醋酸。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，整个体系保持0℃反应6h,自然升至室温，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝7:1(体积比)，得到化合物63-3约4.1g,收率:87％。MS：1189.56。
化合物63-4的合成：
准确称量化合物63-3(3.6g,3mmol)，化合物37-6(2.8g，6mmol)，Pd(PPh3)4(0.07g,0.06mmol)依次加入100mL三口烧瓶中，加入40mL甲苯，抽换氮气三次后。整个反应体系加热到回流，反应20h。反应液冷却后，将倒入水中并用EA萃取，再用无水硫酸镁干燥。有机相旋转蒸发除去溶剂，以PE：DCM＝25:1(体积比)为淋洗剂，用硅胶层析柱分离，得到化合物63-4约3.1g,收率为75％。MALDI-TOF MS：1364.23。
化合物63-5的合成：
准确称取化合物63-4(2.7g,2mmol)加入100mL三口烧瓶中，加入15mL DMF。置换氩气三次后，冰盐浴降至0℃，称取三氯氧磷(0.6g,4mmol)缓缓滴加于反应体系中，滴加完毕后保持0℃搅拌3h,自然升至室温反应6h。将反应液倒入水中淬灭，使用二氯甲烷萃取三遍，合并有机相使用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去多余溶剂。加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝10:1(体积比)，得到化合物63-5约2.1g，收率：73％。MALDI-TOF MS：1420.03。
化合物63的合成：
准确称取化合物63-5(0.71g，0.5mmol)，化合物52-2(0.25g，1.1mmol)和20mL哌啶,依次加入到100mL三口烧瓶中，加入15mL无水氯仿，在氩气保护下，加热到60℃搅拌12小时。等反应液冷却下来，减压蒸馏除去多余溶剂，加入硅胶拌样柱层析，淋洗剂为PE：DCM＝2:1(体积比)，得到化合物(63)约0.6g，收率65％。MALDI-TOF MS：1838.45。
OPV器件的制备与表征
下面通过具体器件实施例来详细说明包括上述含环烷基的有机小分子化合物的OPV器件的制备过程。OPV器件结构如下：铟锡氧化物ITO/PEDOT:PSS/活性层/PDINN/Ag
器件实施例1的制备
1)ITO基片清洗：
清洗ITO导电玻璃阳极层，后用去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗15分钟，然后在等离子体清洗器中处理5分钟以提高电极功函。
2)阳极缓冲层制备
在空气中将PEDOT:PSS均匀旋涂在ITO上，旋涂的转速为4000rpm/min，旋涂的时间为30秒，并在150℃下干燥15min。
3)光活性层制备
在手套箱(惰性气体氛围)中将光活性层材料均匀旋涂在阳极缓冲层上，其中旋涂的转速为2500rpm/min，旋涂的时间为30秒，得到活性材料层；其中，光活性层材料中给体材料选自本发明提供的化合物(1)；受体材料选自化合物(RM-11)和(RM-20)；有机化合物(1)：化合物(RM-11)：化合物(RM-20)的质量比为1:1:0.2。
4)阴极缓冲层制备
在100℃的热台上热退火10min后，将阴极缓冲层材料PDINN均匀的旋涂在活性层上，旋涂的转速为3000rpm/min，旋涂的时间为30秒。
5)阴极层制备
在高真空(1×10-6毫巴)中将Ag蒸镀至阴极缓冲层上，形成厚度为100nm的阴极层。
6)封装
器件在氮气手套箱中用紫外线硬化树脂封装。
器件实施例2-9
将器件实施例1光活性层中给体材料化合物(1)分别换成化合物(10)、化合物(17)、化合物(20)、化合物(37)、化合物(52)、化合物(53)、化合物(62)、化合物(63)，其他步骤相同，所制备的器件记为实施例2～9，具体如表1所述。
器件对比实施例1-2
将器件实施例1光活性层中给体材料化合物(1)分别换成化合物REF1、化合物REF2，其他步骤相同，所制备的器件记为器件对比实施例1，对比例实施例2。
对制备出来的有机太阳能电池器件进行性能测试，在太阳光模拟器(SS-F5-3A)AM1.5G标准光照射下，测试电池电流-电压曲线，计算光电转换效率，具体数值见表1。
表1
光活性层给体材料 光电转化效率(％)
器件实施例1 化合物1 12.36
器件实施例2 化合物10 15.02
器件实施例3 化合物17 13.91
器件实施例4 化合物20 13.39
器件实施例5 化合物37 14.27
器件实施例6 化合物52 14.63
器件实施例7 化合物53 12.67
器件实施例8 化合物62 13.1
器件实施例9 化合物63 12.08
器件对比实施例1 化合物REF1 9.79
器件对比实施例2 化合物REF2 10.65
由表1可知，器件实施例1相对于器件对比实施例1光电转换效率提升了26.25％；器件实施例3相对于器件对比实施例2光电转换效率提升了30.61％。原因在于：本发明通过在末端吸电子单元中引入环烷基基团，环烷基基团相较于直链或支链烷基等取代基可以大幅减少由于分子旋转、振动、构象改变等引起的能量损失，使得有机化合物具有良好的稳定性和耐热性。同时环烷基基团可以促进分子采取平面铺展的排列，提升载流子传输性能，有效实现激子的电荷分离，从而提升有机太阳能电池的光电转换性能。
以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种含环烷基的有机小分子化合物，其特征在于：所述含环烷基的有机小分子化合物具有化学式(I)所示的结构，
其中，
Z每次出现，相同或不同地选自O或S；
Ar1、Ar2每次出现，独立选自未取代或被R*取代具有6-20个碳原子的芳香基团，或未取代或被R*取代具有5-20个环原子的杂芳香基团；
n选自1、2、3或4；
m选自1、2、3或4；
R1、R2独立选自具有氢、氘、卤素、氰基、硝基、具有1至20个C原子的直链烷基、具有1至20个C原子的直链烷氧基、具有1至20个C原子的直链烷硫基、具有3至20个C原子的支链烷基、具有3至20个C原子的支链烷氧基、具有3至20个C原子的支链烷硫基、未取代或被R*取代具有6-20个碳原子的芳香基团，或未取代或被R*取代具有5-20个环原子的杂芳香基团，或上述基团组合形成的基团；
R3每次出现，相同或不同地选自具有3-20个碳原子的环烷基；
R*每次出现，独立选自氘、卤素、氰基、硝基、具有1至20个C原子的直链烷基、具有1至20个C原子的直链烷氧基、具有1至20个C原子的直链烷硫基、具有3至20个C原子的支链烷基、具有3至20个C原子的支链烷氧基、具有3至20个C原子的支链烷硫基、具有6-20个碳原子的芳香基团、具有5-20个环原子的杂芳香基团，或上述基团组合形成的基团。
2.根据权利要求1所述的一种含环烷基的有机小分子化合物，其特征在于：R3每次出现，相同或不同地选自如下任一基团：
*表示连接位点。
3.根据权利要求1所述的一种含环烷基的有机小分子化合物，其特征在于：R1、R2独立选自具有1至16个C原子的直链烷基、具有1至16个C原子的直链烷氧基、具有1至16个C原子的直链烷硫基、具有3至16个C原子的支链烷基、具有3至16个C原子的支链烷氧基、具有3至16个C原子的支链烷硫基、或如下任一基团：
其中，R4、R5、R6、R7每次出现，相同或不同地选自氢、氘、卤素、氰基、硝基、具有1至16个C原子的直链烷基、具有1至16个C原子的直链烷氧基、具有1至16个C原子的直链烷硫基、具有3至16个C原子的支链烷基、具有3至16个C原子的支链烷氧基、具有3至16个C原子的支链烷硫基，或上述基团组合形成的基团。
4.根据权利要求1所述的一种含环烷基的有机小分子化合物，其特征在于：R1、R2独立选自如下任一结构：
5.根据权利要求1所述的一种含环烷基的有机小分子化合物，其特征在于：Ar1、Ar2每次出现，独立选自如下任一基团：
其中，X每次出现，独立选自N或CR8；
Y每次出现，独立选自O或S或Se；
W每次出现，独立选自O、S、CR9R10、NR11；
R8、R9、R10、R11每次出现，独立选自氢、氘、卤素、氰基、硝基、具有1至20个C原子的直链烷基、具有1至20个C原子的直链烷氧基、具有1至20个C原子的直链烷硫基、具有3至20个C原子的支链烷基、具有3至20个C原子的支链烷氧基、具有3至20个C原子的支链烷硫基、具有6-20个碳原子的芳香基团，或具有5-20个环原子的杂芳香基团，或上述基团组合形成的基团；
*表示连接位点。
6.根据权利要求5所述的一种含环烷基的有机小分子化合物，其特征在于：化学式(I)中独立选自如下任一基团：
7.根据权利要求1所述的一种含环烷基的有机小分子化合物，其特征在于：化学式(I)中独立选自如下任一基团：
8.根据权利要求1所述的一种含环烷基的有机小分子化合物，其特征在于：化学式(I)选自如下任一结构式：
9.一种混合物，其特征在于：所述混合物包含如权利要求1-8任一项所述的含环烷基的有机小分子化合物，及至少另一种有机功能材料；所述至少另一种的有机功能材料选于阳极缓冲层材料，阴极缓冲层材料，活性层给体材料，或活性层受体材料。
10.一种有机电子器件，包含至少一功能层，其特征在于：所述功能层包含权利要求1-8任一项所述的含环烷基的有机小分子化合物或权利要求9所述的混合物。
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