一類基于多環(huán)芳烴k位并咪唑基的有機半導體材料的制備方法及應用
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于多環(huán)芳烴K位并咪唑基有機半導體材料的制備方法及其應用。合成所得材料結(jié)構(gòu)通式如下，其中，Ar表示芳基及取代芳基，R表示長短的不一的烷基鏈，結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點在于咪唑連接的苯環(huán)位置屬于K(4，5)位，與常規(guī)化合物的連接位置(1，2)完全不同。另外，該類化合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計符合D?A?D(給體?受體?給體)結(jié)構(gòu)，可以很好的應用于有機太陽能電池器件，提高其器件性能。
【專利說明】
一類基于多環(huán)芳烴K位并咪唑基的有機半導體材料的制備方 法及應用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于有機功能材料領(lǐng)域，具體涉及一類基于多環(huán)芳烴K位并咪唑基有機半 導體材料的制備方法及應用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 自1977年，Shirakawa，MacDiarmid和Heeger發(fā)現(xiàn)高導電聚乙炔以來，JT共輒體系作 為下一代電子器件（又稱有機電子學)開發(fā)和生產(chǎn)的新型材料備受世人關(guān)注。從定義上來 講，有機電子學與常規(guī)的無機電子學完全不同，有機半導體材料結(jié)構(gòu)多樣，其分子結(jié)構(gòu)在設(shè) 計時能夠進行官能團的結(jié)合。同時，這種結(jié)構(gòu)的多樣性在電子器件的設(shè)計領(lǐng)域開啟了一個 新的紀元。迄今為止，科學家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并合成出了大量的共輒半導體材料，他們形成了 一個大的共輒體系，廣泛應用于有機電子領(lǐng)域。然而，未來的發(fā)展中仍然存在一些關(guān)鍵性 的挑戰(zhàn)：比如說有機半導體材料的迀移率低，穩(wěn)定性差，對于結(jié)構(gòu)的認知不足等等，這些性 質(zhì)和化學結(jié)構(gòu)的設(shè)計息息相關(guān)。
[0003] 有機太陽能電池是有機電子領(lǐng)域一個新的挑戰(zhàn)。隨著全球能源需求量的不斷增 加，能源問題成為世界各國經(jīng)濟發(fā)展中的首要問題。太陽能作為一種綠色能源，干凈，清潔， 取之不盡，用之不竭，是各國開發(fā)和利用的新能源之一。與傳統(tǒng)的太陽能電池相比，有機太 陽能電池具有如下優(yōu)點：一方面，有機材料合成成本低，結(jié)構(gòu)易于調(diào)控，柔韌性好；另一方 面，有機太陽能電池制備工藝簡單，制造面積大，加工成本低。因此，有機太陽能電池已經(jīng)成 為太陽能電池領(lǐng)域一個新的發(fā)展方向。
[0004] 有機太陽能電池材料主要分為四類:小分子太陽能電池材料、大分子太陽能電池 材料、D-A體系材料和有機-無機雜化材料。有機小分子材料合成和表征相對簡單，化學結(jié)構(gòu) 容易修飾，可以通過不同的方式相互結(jié)合，達到不同的使用目的，在光電材料領(lǐng)域廣泛應 用。有機大分子材料一般含有雙鍵或芳烴，具有較高的載流子迀移率，利于空穴的傳導。D-A 體系材料，克服了混合異質(zhì)結(jié)薄膜的結(jié)構(gòu)缺陷，將給體和受體通過共價鍵連接應用到器件 中，是目前有機太陽能電池材料研究的熱點之一。有機無機雜化材料，可充分利用有機材料 (光吸收系數(shù)大)和無機材料(載流子迀移率高）的優(yōu)點，提高器件性能。
[0005] 多環(huán)芳烴并咪唑類化合物是一類有機小分子材料。它具有獨特的線性電子離域 特性（linear delocalizedii-system)，平面性好，穩(wěn)定性強，迀移率高;能夠?qū)崿F(xiàn)高度有序 的分子31-31堆積，在有機電子領(lǐng)域備受關(guān)注。近20年來，高性能多環(huán)芳烴材料的合成及應用 已取得顯著進展，尤其是在有機場效應晶體管(OFETs)領(lǐng)域，多環(huán)芳烴類化合物已發(fā)展成為 OFETs的主要應用材料。但是迄今為止，多環(huán)芳烴材料還很少應用于有機太陽電池。因此， 開發(fā)一種新型的多環(huán)芳烴并咪唑有機半導體材料在有機太陽能電池領(lǐng)域顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明的目的：設(shè)計合成出一種新型的有機功能材料，給出其制備方法，并將其應用 于有機太陽能電池領(lǐng)域。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的一類基于多環(huán)芳烴K位并咪唑基的有機半導體材料，其結(jié)構(gòu)通 式可由式(I)表示：
[0009] 其中，Ar表示芳基或取代芳基，R是C4~C24烷基直鏈或支鏈中的一種。
[0010] 在式（I)通式中，芳基可以是芘及其1，8位取代化合物，菲及其3,6位取代化合物， 鄰菲 P羅啉，2,9_ 菲口羅啉，pyrimido[4,5,6-gh]perimidine，benzo[lmn][2,9] phenanthroline;芳基的K(4，5)位連接咪唑環(huán);選用D-A-D的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠應用于太陽能 電池器件，提高0PV器件性能。
[0011] 制備方法包含以下合成步驟：
[0013]步驟i .Ar所代表的化合物（1)溶于有機溶劑中，加入醋酸銨和2-噻吩甲醛，78度反 應12-16h，得到化合物(2);
[0014]步驟i i .化合物（2)溶于有機溶劑中，在催化劑和堿的存在下，加入烷基化試劑， 110度反應12-16h，得到化合物(3);
[0015] 步驟iii .化合物(3)溶于有機溶劑中，加入溴化試劑，室溫反應6-10h，得到化合物 (4)；
[0016]步驟iv.化合物(4)溶于有機溶劑中，在-78度，無水無氧條件下加入鋰試劑，反應 10-12h后，-78度下加入錫試劑，密閉反應12-14h，得到化合物(5);
[0017]步驟v.化合物（5)溶于有機溶劑中，無水無氧條件下加入DPP二溴化試劑和催化 劑，11 〇度反應12-16h，得到目標化合物(6)。
[0018]步驟i所述的Ar是芘及其1，8位取代化合物，菲及其3，6位取代化合物，鄰菲啰啉， 2，9_菲口羅啉，pyrimido[4，5，6_gh]perimidine，benzo[lmn] [2，9]phenanthroline等，所述 有機溶劑是乙醇，乙酸，乙腈等；
[0019] 步驟ii所述的有機溶劑是四氫呋喃，氯仿，N，N_二甲基甲酰胺等，所述催化劑是碘 化鉀，四丁基溴化銨等，所述的堿是氫氧化鉀，碳酸鉀等;所述的烷基化試劑是氯代烴，溴代 烴，碘代烴等；
[0020] 步驟iii所述的有機溶劑是四氫呋喃，氯仿，N，N_二甲基甲酰胺等，所述溴化試劑 是N-溴代丁二酰亞胺，N-氯代丁二酰亞胺(NCS)、N-碘代丁二酰亞胺(NIS)、液溴、碘+高碘 酸、碘化鉀+高碘酸等；
[0021] 步驟iv所述的有機溶劑是四氫呋喃，氯仿，N，N-二甲基甲酰胺等，所述鋰試劑是正 丁基鋰，叔丁基鋰等，所述錫試劑是三丁基氯化錫，三甲基氯化錫等；
[0022] 步驟v所述的有機溶劑是四氫呋喃，甲苯，氯苯，二異丙胺等，所述催化劑是四三苯 基膦鈀，醋酸鈀、二氯二三苯基膦鈀等，所用DPP-二溴化物是異并吡咯聯(lián)二2-溴噻吩。 [0023] 有益效果：
[0024] 1、與之前報道的多環(huán)芳烴并咪唑類有機材料相比，本發(fā)明所提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計有所 創(chuàng)新，不僅將咪唑連接由1，2位轉(zhuǎn)移到4，5(K)位，還在同一結(jié)構(gòu)中連接了給體和受體，構(gòu)成 了 D-A-D的結(jié)構(gòu)。
[0025] 2、本發(fā)明所提出的材料合成路線短、原料廉價易得，大31共輒體系，有利于分子堆 積;烷基鏈的引入，調(diào)節(jié)了材料的溶解性。
[0026] 3、本發(fā)明所提出的材料，通過核磁共振、質(zhì)譜等對化合物結(jié)構(gòu)進行了表征。然后利 用紫外、熒光光譜、循環(huán)伏安、熱重分析等方法對它們的光物理，電化學性質(zhì)以及熱穩(wěn)定性 進行了研究。
[0027] 4、本發(fā)明所提出的材料具有穩(wěn)定性好、合成工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點，應用前景 巨大。
【附圖說明】
[0028]圖1 .K位有機太陽能電池材料TPh_C16的熱重分析(DTG)曲線。
[0029]圖2. K位有機太陽能電池材料TPh_Clf^v別在溶液和薄膜狀態(tài)下的紫外吸收曲線。
[0030] 圖3. K位有機太陽能電池材料TPh-Clf^二氯甲烷溶液中的循環(huán)伏安(CV)曲線。
[0031] 圖4.K位有機太陽能電池材料TPh-C16&用于有機太陽電池的J-V曲線。
【具體實施方式】
[0032]以下實施例是對本發(fā)明的進一步說明，不是對本發(fā)明的限制。
[0033] 實施例1 ?在單口圓底燒瓶（250mL)中，加入菲醌（3g，14mmol)，醋酸銨（13 ? 98g， 18 lmmo 1)和乙醇（1 OOmL)，78度下回流攪拌。然后，將2-噻吩甲醛（1.6g，14mmo 1)加入到反應 體系中。滴加完畢后，繼續(xù)78度攪拌過夜。反應結(jié)束后，旋干乙醇，固體水洗后抽濾，干燥，硅 膠柱分離純化得到 1 ? 48g 2-(thiophen_2-yl )-lH_phenanthro[9，10_d]imidazole(以下稱 TPh)，產(chǎn)率34.3% </H NMR(400MHz，DMS0)S(ppm):8.84(d，J= 14.1，8.3Hz，2H)，8.48(d，J = 21.5,7.7Hz，2H)，7.92(d，J = 3.6Hz，lH)，7.79-7.67(m，3H)，7.62(d，J = 6.7Hz，2H)，7.29-7.24(m,lH),5.74(s,lH)〇
[0034] 在兩口圓底燒瓶（10〇1111)中加入了?11(1.68,5.31]11]1〇1)，碳酸鉀（3.688,26.7_〇1)， 碘化鉀(0. 〇44g，0.3mmo 1)和N，N-二甲基甲酰胺（以下簡稱DMF) (1 OmL)，室溫攪拌。然后滴加 2-正己基-1-溴癸烷(2. lg，6.9mmol)。滴加完畢后室溫反應過夜。反應結(jié)束后，水和二氯甲 燒萃取，濃縮，硅膠柱分離純化得到 1 ? 23g l-(2-hexyldecyl)-2-(thiophen-2-yl)_lH-phenan- thro [9，10-d] imidazo 1 e (以下簡稱TPh-Ci6)。產(chǎn)率50 ? 2 %。NMR(400MHz，CDC13) 8(ppm):8.87-8.81(m,lH),8.79(dd ,J = 7.9,l.lHz,lH),8.70(d ,J = 8.2Hz,lH),8.32-8.25 (m,lH),7.73-7.67(m,lH) ,7.67-7.60(m,3H) ,7.55(dd,J = 5.1,1.0Hz,lH) ,7.49(dd,J = 3.6,1.0Hz,lH),7.21(dd ,J = 5.1,3.6Hz,lH),4.73(d ,J = 7.5Hz,2H),2.17(s,lH),1.33-0.98(m，24H)，0.83(dt，J = 19.4,7.0Hz，6H)。
[0035] 在反應瓶（5〇11^)中，加入1?11-(：16(0.98，1.7111111〇1)，^溴代丁二酰亞胺（順3) (0.34g，1.9mmo 1)和四氫呋喃（1 OmL)，室溫攪拌2-6h，點板監(jiān)控反應進程。硅膠柱分離純化 得到0 ? 8g 2-(5-bromothiophen-2-yl )-1-(2_hexyldecyl )-lH_phenanthro[9，10_d] imidazol (以下稱TPh-Ci6_Br)，產(chǎn)率80 ? 1 % NMR(400MHz，CDCl3)S(ppm): 8 ? 82-8 ? 80(d， lH)，8.78-8.76(d，lH)，8.69-8.67(d，J = 8.3Hz，lH)，8.25-8.23(d，J = 8.4Hz，lH)，7.72-7.70(m，lH)，7.68-7.62(m，3H)，7.55-7.51(m，lH)，7.17-7.16(d，J=3.8Hz，lH)，4.69-4.67 (d，J=7.4Hz，2H)，2.16(s，lH)，1.25-1.20(m，3H)，1.20-1.00(m，21H)，0.90-0.80(m，6H)。
[0036] 在反應瓶（50mL)中，加入TPh-C16-Br(0 ? 8g，1 ? 3mmol)，除水除氧，注射器打入lOmL 新蒸四氫咲喃，-78度下緩慢滴加1.6mol/L的正丁基鋰(0.9mL, 1.5mmol)，反應2h，-78度下 加入三丁基氯化錫(0.43g，1.3mmol)，反應2h后，室溫反應過夜。旋干四氫呋喃得0.9 81-(2_ hexyldecyl)-2-(5-(tributylstannyl)thiophen-2-yl)-lH-phenanthro[9,l0-d] imidazo 1 e (以下稱TPh-Ci6_Sn)，產(chǎn)率90 %。
[0037] 在反應瓶（50mL)中，加入TPh_Ci6-Sn(0? 7g，0? 9mmol)，3,6-bis(5-bromothiophen- 2-yl)-2,5-bis(2-ethylhexyl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-l,4(2H,5H)-dione(DPP-Br) (0.24g, 0.36mmo 1)，除水除氧，加入催化劑四三苯基膦鈀(0.012g, 0.01 mmo 1)和新蒸甲苯 8mL，DMF lmL，110度回流攪拌過夜。旋干溶劑，硅膠柱分離純化得到0.22g終產(chǎn)物，產(chǎn)率 40%</H NMR(400MHz，CDCl3)S(ppm):9.01(d，J = 4.1Hz，2H) ,8.84-8.76(m，4H)，8.68(d，J = 8.2Hz，2H)，8.21(d，J = 5.3Hz，2H)，7.77-7.56(m，8H)，7.41(t，J = 8.3,4.2Hz，6H)，4.73(d， J = 7.2Hz,4H) ,4.07(d,J=15.7,11.6Hz,4H) ,2.17(s,2H),1.97(s,2H),1.43(d,J=14.3, 7.0Hz,10H),1.32(d,J = 5.8Hz,6H) ,1.25(d,J = 8.8,5.2Hz,8H) ,l.ll(s,40H) ,0.98-0.90 (m,12H),0.81(d ,J = 16.3,9.2Hz,12H)〇
[0038] 實施例2.在單口圓底燒瓶(250mL)中，加入芘二酮(4.5g，19mmol)，醋酸銨（18.8g， 244mmo 1)和乙醇(100mL)，78度下回流攪拌。然后，將2-噻吩甲醛(2 ? 18g，19mmo 1)加入到反 應體系中。滴加完畢后，繼續(xù)78度攪拌過夜。反應結(jié)束后，旋干乙醇，固體水洗后抽濾，干燥， 硅膠柱分離純化得到2 ? 15g 10_( thiophen-2-yl )-9H_pyreno[4，5_d] imidazole(以下稱 丁卩7)，產(chǎn)率34.2%。111匪1?(4001泡，0150)5(口口111):8.76((1，了 = 7.5他，111)，8.70((1，了 = 7.6Hz，lH)，8.26-8.08(m，7H)，7.98(d，J = 3.6Hz，lH)，7.74(d，J = 5.0Hz，lH)，7.32-7.28 (m，1H)〇
[0039] 在兩口圓底燒瓶（lOOmL)中加入TPy(2.0g，6 ? 2mmol)，碳酸鉀(4.3g，30.9mmol)，碘 化鉀(0.05g，0.3mmo 1)和N，N-二甲基甲酰胺（以下簡稱DMF) (1 OmL)，室溫攪拌。然后滴加2-正己基-1-溴癸烷(2.4g，8. Ommol)。滴加完畢后室溫反應過夜。反應結(jié)束后，水和二氯甲烷 萃取，濃縮，硅膠柱分離純化得到2 ? Og 9-(2_hexyldecyl )-l〇-(thiophen_2-yl )-9H_ pyreno[4，5_d] imidazole(以下簡稱TPy_Ci6)。產(chǎn)率60 % "H MWR(400MHz，CDCl3)5(ppm): 9.04(d，J = 6.5Hz，lH)，8.51(d，J = 7.2Hz，lH)，8.20-7.99(m，6H)，7.60-7.54(m，2H)，7.26-7.22(m，lH)，4.86(d，J = 7.5Hz，2H)，2.28(s，lH)，1.26(s，3H)，l.ll(s，21H)，0.83(t，J = 7.1Hz,3H),0.78(t ,J = 6.7Hz,3H)〇
[0040] 在反應瓶（5〇11^)中，加入1?7-(：16(1.28,2.2111111〇1)，.溴代丁二酰亞胺（順3) (0.41g，2.3mmol)和四氫呋喃（lOmL)，室溫攪拌2-6h，點板監(jiān)控反應進程。硅膠柱分離純化 得到0? 7g l〇-(5-bromothiophen-2-yl)-9-(2-hexyldecyl)-9H_pyreno[4，5_d]imidazole (以下稱TPy-Ci6_Br)，產(chǎn)率51 ? 1 %。MMR(400MHz，CDC13) S (ppm): 8 ? 85 (t，J = 8 ? 0Hz，1H)， 8.57(d ,J = 4.9Hz,lH) ,8.35(d ,J = 8.3Hz , 1H), 8.26(t ,J = 5.1Hz , 2H), 8.08(d ,J = 0.4Hz , 3H) ,7.30(d,J = 3.9Hz,lH) ,7.20(d,J = 3.9Hz,lH) ,4.75(d,J = 7.3Hz,2H) ,2.19(d,J = 17.5Hz，lH)，1.25(d，J = 15.2Hz，3H)，1.10(s，21H)，0.80(d，J = 16.1，7.1Hz，6H)。
[0041 ] 在反應瓶（50mL)中，加入TPy-C16-Br (0 ? 7g，1 ? lmmo 1)，除水除氧，注射器打入1 OmL 新蒸四氫咲喃，-78度下緩慢滴加1.6mol/L的正丁基鋰(0.77mL，l .2mmol)，反應2h，-78度下 加入三丁基氯化錫(0.36g，1. lmmo 1)，反應2h后，室溫反應過夜。旋干四氫呋喃得0.789-(2_ hexyldecyl)-1〇-(5-(tributylstannyl)thiophen-2-yl)-9H-pyreno[4,5-d]imidazole (以下稱TPy-Ci6_Sn)，產(chǎn)率74 ? 9 %。NMR(400MHz, CDC13)。
[0042]在反應瓶（50mL)中，WATPy-Ci6-Sn(0.7g,0.85mmol)，3,6-bis(5-bromothiophen-2-yl)-2,5-bis(2-ethylhexyl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4(2H,5H)-dione(DPP-Br)(0.24g，0.36mmol)，除水除氧，加入催化劑四三苯基膦鈀（0.012g, 0.01 mmo 1)和新蒸甲苯8mL，DMF lmL，110度回流攪拌過夜。旋干溶劑，硅膠柱分離純化得到 0.24g終產(chǎn)物，產(chǎn)率42.1 NMR(400MHz，CDCl3)S(ppm)9.06(d，J = 1.2Hz，lH)，9.04(d，J = 1.2Hz，lH)，9.02(d，J = 4.1Hz，2H) ,8.27-7.99(m，12H)，7.81 (s，2H)，7.51(d，J = 3.6Hz， 2H)，7.43-7.38(m，4H)，4.75(s，4H)，4.08(s，4H)，2.20(s，2H)，1.98(s，2H)，1.50-1.28(111， 18H)，1.17(d，J = 67? 8Hz，42H)，0.95(dt，J= 14.0，7.2Hz，14H)，0.79(dd，J= 16.6,9.7Hz， 14H)〇
[0043] 實施例3 ?在兩口圓底燒瓶（lOOmL)中加入了？11(1.(^，3.3111111〇1)，碳酸鉀（2.38， 16.7臟〇1)，碘化鉀(0.0288,0.17臟〇1)和叱^二甲基甲酰胺（以下簡稱01^)(10!1^)，室溫攪 拌。然后滴加1-溴辛烷(0.83 8,4.3_〇1)。滴加完畢后室溫反應過夜。反應結(jié)束后，水和二氯 甲燒萃取，濃縮，硅膠柱分離純化得到 1 ? lg l-〇ctyl-2-(thiophen-2-yl)-lH-phe-nanthro [9，10-(1]11111(1&2〇16(以下簡稱丁?11-〇8)。產(chǎn)率80%。 111匪1?(4001抱，〇)(：13)8(口口111)8.86-8.82 (m,lH),8.80(d ,J = 7.8Hz,lH) ,8.69(d ,J = 8.3Hz , 1H), 8.29-8.23(m, 1H), 7.74-7.60(m, 4H) ,7.58-7.51(m,2H) ,7.23(dd,J = 5.1,3.6Hz,lH),4.76-4.69(m,2H),2.08(d,J=15.6, 7.8Hz，2H)，1.63(s，lH)，l.50-1.39(m，2H)，l.39-1.21(m，9H)，0.88(d，J=8.8,5.0Hz，3H)。 [0044]在反應瓶（50mL)中，加入 TPh-C8(0.91g，2.2mmol)，N-溴代丁二酰亞胺（NBS) (0.41g，2.3mmol)和四氫呋喃（10mL)，室溫攪拌2-6h，點板監(jiān)控反應進程。硅膠柱分離純化 得到0? 96g 2-(5-bromothiophen-2-yl)-1-〇ctyl-lH-phenanthro[9，10_d]imidazole(以 下稱TPh-Cs-Br)，產(chǎn)率88.9% NMR(400MHz，CDCl 3)S(ppm) :8.88-8.80(111，lH)，8.76(d，J = 7.6Hz,lH),8.68(d ,J = 8.3Hz,lH),8.27-8.15(m,lH),7.66(q ,J = 8.6,5.6,1.3Hz,4H), 7.26-7.21(m,lH),7.17(d ,J = 3.9Hz,lH),4.75-4.65(m,2H),2.05(d ,J=15.6,7.9Hz,2H), 1.61(s,lH),1.44(d ,J = 14.8,7.4Hz,2H), 1.39-1.19(m,9H),0.88(t,J = 6.9Hz,3H).
[0045] 在反應瓶(50mL)中，加入TPh-C8-Br(0 ? 85g，1 ? 7mmol)，除水除氧，注射器打入lOmL 新蒸四氫呋喃，-78度下緩慢滴加2.5mol/L的正丁基鋰(0.76mL，1.9mmol)，反應2h，-78度下 加入三丁基氯化錫（0.56 8，1.7111111〇1)，反應211后，室溫反應過夜。旋干四氫呋喃得1.181-octyl_2-(5-(tributylstannyl)thiophen_2-yl)-lH_phenanthro[9，10_d]imidazole(以 下稱TPh-Cs-Sn)，產(chǎn)率90 %。NMR(400MHz，CDC13)。
[0046] 在反應瓶（50mL)中，加入TPh_C8-Sn(0 ? 8g，3 ? 6mmo 1)，3,6-bis(5-bromothiophen- 2-yl)-2,5-bis(2-ethylhexyl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-l,4(2H,5H)-dione(DPP-Br) (0.32g, 0.47mmo 1)，除水除氧，加入催化劑四三苯基膦鈀（0.016g,0.014mmo 1)新蒸甲苯 8mL，DMF lmL，110度回流攪拌過夜。旋干溶劑，硅膠柱分離純化得到0.42g終產(chǎn)物，產(chǎn)率 66.7%〇
[0047] 以下測試結(jié)果是對本發(fā)明部分實施例的進一步補倉說明，不是對本發(fā)明的限制。 如圖1所示為對K位有機太陽能電池材料TPh-C 16的熱重分析(DTG)測試結(jié)果，表明這類材料 具有較高的穩(wěn)定性。如圖2所示為K位有機太陽能電池材料TPh-Cid^紫外可見吸收光譜曲 線，表明這類材料具有可見光寬吸收，適合用于有機太陽電池。如圖3所示為K位有機太陽能 電池材料TPh-C 16的循環(huán)伏安測試結(jié)果，表明這類材料具有可逆的氧化還原性，且具有較高 的電化學穩(wěn)定性和適合太陽電池應用的能級。如圖4所示是以K位有機太陽能電池材料 TPh-C 16作為活性層給體材料實現(xiàn)的電池器件的J-V曲線，表明此材料具有超過3.5 %的光電 轉(zhuǎn)換效率。
【主權(quán)項】
1. 一類基于多環(huán)芳烴K位并咪唑基的有機半導體材料，其特征在于該材料為下述式（I) 通式的化合物：其中，Ar表示芳基或取代芳基，R是C4~C24烷基直鏈或支鏈中的一種。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類基于多環(huán)芳烴K位并咪唑基的有機半導體材料，其特征在 于式（I)中的芳基可以是芘及其1，8位取代化合物或菲及其3，6位取代化合物或鄰菲啰啉或 2，9_菲口羅啉或pyrimido[4,5，6_gh]perimidine，benzo[lmn] [2，9]phenanthroline;芳基的 K(4,5)位連接咪唑環(huán)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類基于多環(huán)芳烴Κ位并咪唑基的有機半導體材料，其特征在 于材料選用D-A-D的結(jié)構(gòu)設(shè)計。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類基于多環(huán)芳烴Κ位并咪唑基的有機半導體材料的應用，其 特征在于應用于太陽能電池器件。5. -種如權(quán)利要求1所述的基于多環(huán)芳烴Κ位并咪唑基有機半導體材料的制備方法，其 特征在于這類材料的制備方法包含以下合成步驟：步驟i.Ar所代表的化合物（1)溶于有機溶劑中，加入醋酸銨和2-噻吩甲醛，78度反應 12-16h，得到化合物(2); 步驟ii.化合物(2)溶于有機溶劑中，在催化劑和堿的存在下，加入烷基化試劑，110度 反應12-16h，得到化合物(3); 步驟iii .化合物(3)溶于有機溶劑中，加入溴化試劑，室溫反應6-10h，得到化合物(4); 步驟iv.化合物(4)溶于有機溶劑中，在-78度無水無氧下加入鋰試劑，密閉反應10-12h 后，-78度下加入錫試劑，密閉反應12-14h，得到化合物(5); 步驟v.化合物(5)溶于有機溶劑中，無水無氧條件下加入DPP二溴化試劑和催化劑，110 度反應12-16h，得到目標化合物(6)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多環(huán)芳烴K位并咪唑基有機半導體材料的制備方法，其特 征在于步驟i所述的Ar是芘及其1，8位取代化合物，菲及其3，6位取代化合物，鄰菲啰啉，2， 9-菲卩羅啉，pyrimido[4，5，6_gh]perimidine，benzo[lmn] [2，9]phenanthroline等，所述有 機溶劑是乙醇，乙酸，乙腈等。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多環(huán)芳烴K位并咪唑基有機半導體材料的制備方法，其特 征在于步驟ii所述的有機溶劑是四氫呋喃，氯仿，N，N-二甲基甲酰胺等，所述催化劑是碘化 鉀，四丁基溴化銨等，所述的堿是氫氧化鉀，氫氧化鈉，碳酸鉀，碳酸鈉等;所述的烷基化試 劑是氯代烴，溴代烴，碘代烴等。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多環(huán)芳烴K位并咪唑基有機半導體材料的制備方法，其特 征在于步驟iii所述的有機溶劑是四氫呋喃，氯仿，N，N-二甲基甲酰胺等，所述溴化試劑是 N-溴代丁二酰亞胺，N-氯代丁二酰亞胺(NCS)、N-碘代丁二酰亞胺(NIS)、液溴、碘+高碘酸、 碘化鉀+高碘酸等。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多環(huán)芳烴K位并咪唑基有機半導體材料的制備方法，其特 征在于步驟iv所述的有機溶劑是四氫呋喃，氯仿，N，N-二甲基甲酰胺等，所述鋰試劑是正丁 基鋰，叔丁基鋰等，所述錫試劑是三丁基氯化錫，三甲基氯化錫等。 1 〇.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多環(huán)芳經(jīng)K位并咪挫基的有機半導體材料的制備方法， 其特征在于步驟v所述的有機溶劑是四氫呋喃，甲苯，氯苯，二異丙胺等，所述催化劑是四三 苯基膦鈀，醋酸鈀、二氯二三苯基膦鈀等，所用DPP-二溴化物是異并吡咯聯(lián)二2-溴噻吩等。
【文檔編號】H01L51/46GK105820169SQ201610121688
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月3日
【發(fā)明人】汪聯(lián)輝, 趙保敏, 翟柳青, 何聰, 王遂良, 傅妮娜
【申請人】南京郵電大學