一系列含吲哚啉衍生物結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱方酸菁小分子及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一系列新型不對(duì)稱方酸菁小分子及其運(yùn)用。通過(guò)在方酸四元環(huán)兩端引入不同的富電芳香單元作為給體單元，設(shè)計(jì)合成了一系列低帶隙的不對(duì)稱方酸菁小分子光伏材料，其在可見(jiàn)及近紅外光區(qū)具有強(qiáng)烈的吸收，吸收光譜覆蓋400-900nm；其HOMO、LUMO與受體材料PCBM的能級(jí)匹配良好，獲得高的開(kāi)路電壓，而且這類化合物都具有良好的溶解性和成膜性，使其可應(yīng)用于低成本的溶液加工本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件。以不對(duì)稱方酸小分子為給體材料的有機(jī)太陽(yáng)能電池器件性能可達(dá)到：白光1.5G（100mw/cm2）照射下，開(kāi)路電壓（Voc）=0.72-1.05V，短路電流（Jsc）=8.80-12.67mA/cm2，填充因子（FF）=0.38-0.55，光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）=2.41-6.10%。
【專利說(shuō)明】一系列含吲哚啉衍生物結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱方酸菁小分子及其應(yīng)用
[0001]一、

【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一系列含吲哚啉衍生物結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱方酸菁小分子及制備方法，以及該類方酸菁小分子在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0002]二、

【背景技術(shù)】
目前，能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，而太陽(yáng)能作為一種永不枯竭的清潔能源得到了大家的重視。太陽(yáng)能電池是利用太陽(yáng)能的重要手段之一，主要分為無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池和有機(jī)太陽(yáng)能電池(0PV)。相比于無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池，有機(jī)太陽(yáng)能電池具有重量輕、成本低、柔韌性好等顯著優(yōu)點(diǎn)。近幾十年來(lái)，新型有機(jī)光伏材料的設(shè)計(jì)合成及器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化已經(jīng)獲得了極大進(jìn)步。由于小分子光伏材料相比于聚合物光伏材料具有確定的分子結(jié)構(gòu)、確定的分子量、易提純及批次重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，其在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的應(yīng)用得到了極大關(guān)注。為推進(jìn)有機(jī)太陽(yáng)能電池的實(shí)際化應(yīng)用，研究開(kāi)發(fā)更多有效的新型小分子光伏給體材料對(duì)提高太陽(yáng)能電池器件的效率至關(guān)重要。
[0003]方酸菁化合物(結(jié)構(gòu)式如下所示)由于其在可見(jiàn)及近紅外區(qū)有強(qiáng)烈的吸收和優(yōu)良的光化學(xué)和光物理穩(wěn)定性，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。Paganiei al.第一次報(bào)道了以方酸菁小分子為給體材料的溶液加工的本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到
1.24% a Am.Chem.Soc.2008, 130, 17640-17641.)。之后，方酸菁小分子在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的應(yīng)用得到了良好的發(fā)展。到目前為止，基于溶液加工的方酸菁小分子的本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池的 PCE 已高達(dá) 5.50%Energy.Mater.2011, I, 184-187.),而以方酸菁小分子為給體材料的雙層有機(jī)太陽(yáng)能電池器件的效率則高達(dá)6.mlNano Lett.2011，11，4261-4264.)，這表明方酸菁小分子在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域極富應(yīng)用前景。一般而言，相較于之前提到的對(duì)稱型方酸菁小分子(即X=Y，如下所示)，不對(duì)稱方酸菁小分子(即X^Y)具有更好的溶解性，最重要的是具有更豐富的結(jié)構(gòu)可調(diào)性，已經(jīng)在染料敏化太陽(yáng)電池、靜電復(fù)印、近紅外增感等光敏應(yīng)用方面具有較對(duì)稱型方酸化合物更為優(yōu)異的性能。但由于不對(duì)稱方酸菁小分子的合成步驟稍多，且性能相對(duì)低下，故在OPV中研究還不廣泛。目前檢索到的不對(duì)稱方酸菁小分子在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域應(yīng)用的文獻(xiàn)僅有6篇(Angvw.Chem.1nt.Ed.2009,^,8776- 8779 -,Sol.Energy Mater.Sol.Cfe7752012,98,224-232 -,ACSNano 2012,6,972-978 -J.Mater.Chem.2012,22,6704-6710 -,Phys.Chem.Chem.Phys.2012，14，8382-8334 -,Chem.Commun.2013, 49，10465-10467.)，ACS Nano 中報(bào)道的材料性能最佳，但光學(xué)能隙約在2.0 eV，相對(duì)較高，與太陽(yáng)光譜的匹配不佳。因而設(shè)計(jì)、合成新型不對(duì)稱方酸菁光伏材料，對(duì)構(gòu)建新型高效光伏材料具有重要意義。

【權(quán)利要求】
1.一系列具有通式I結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱方酸菁小分子，χ、代表不同富電芳香環(huán)單元，
其結(jié)構(gòu)特征在于: 所述X為如下基團(tuán)f 4中的任意一個(gè)，其中R1, R3，R4，R5為氫原子或氟原子或氰基，R2為碳原子數(shù)為1-20的直鏈或支鏈的烷基或苯烷基；
所述Y為如下基團(tuán)51中的任意一個(gè)， 基團(tuán)5:
基團(tuán)6:
基團(tuán)5，6，7，8中Rp R2、R3和R4為相同或不相同的氫原子或氟原子或氰基。
2.如權(quán)利要求1中所述任一不對(duì)稱方酸菁小分子在制備光電功能器件中的應(yīng)用，其特征在于所述光電功能器件為有機(jī)太陽(yáng)能電池。
【文檔編號(hào)】C07D401/10GK104163785SQ201410266426
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】黃艷, 楊琳, 陳瑤, 楊道賓, 羅騫, 盧志云 申請(qǐng)人:四川大學(xué)