【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及有機(jī)光伏材料領(lǐng)域，特別涉及了一種以新型稠環(huán)噻吩為π橋修飾的d-a-d型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體的合成及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
0、技術(shù)背景
1、從2015年北京大學(xué)占肖衛(wèi)老師報(bào)道了以ic為末端的非富勒烯受體分子itic(adv.mater.,2015,27,1170)，2016年，侯劍輝老師、李永舫老師相繼報(bào)道了基于itic受體材料的工作，聚合物/非富勒烯太陽能電池的器件效率超過11％，非富勒烯受體材料以itic體系為代表得到了前所未有的發(fā)展(energ.&enviro.sci.,2017,10,546)。2017年，侯劍輝課題組通過在itic末端引入氟原子合成新的受體it-4f，與聚合物pbdb-t-sf共混獲得了超過13％的單層器件效率(j.am.chem.soc.,2017,139,7148)。同年，他們通過在聚合物pbdb-t-sf噻吩橋引入酯基側(cè)鏈，與受體it-4f搭配，獲得了當(dāng)時(shí)的單層器件最高效率值14.5％(j.am.chem.soc.,2018,140,7159),效率值遠(yuǎn)超基于富勒烯的太陽能電池單層器件光電轉(zhuǎn)化效率。2018年，南開大學(xué)陳永勝老師和華南理工大學(xué)葉軒立老師課題組，結(jié)合聚合物ptb7-th與富勒烯pc71bm以及非富勒烯o6t-4f三元共混活性層，和聚合物pbdb-t與非富勒烯f-m共混活性層，獲得了疊層太陽能電池的pce最高值17.3％，創(chuàng)造了太陽能電池效率的新紀(jì)錄(science,2018,361,1094)。直到2019年，中南大學(xué)鄒應(yīng)萍老師課題組報(bào)道了基于新型的稠環(huán)
2、因此，新型的a(π-a')2型非富勒烯受體材料是一類很有發(fā)展?jié)摿Φ墓夥荏w材料，作為非富勒烯受體材料與合適的中寬帶系供體材料相匹配具有潛在的應(yīng)用前景。開發(fā)設(shè)計(jì)新型的具有較高摩爾吸收系數(shù)、寬響應(yīng)吸收光譜、合適能級(jí)以及較高載流子遷移率的非富勒烯受體分子，是未來有機(jī)太陽能電池發(fā)展的重點(diǎn)，尋求光伏材料性能新的突破。本課題的實(shí)施，對(duì)于揭示性能優(yōu)異的非富勒烯受體分子材料的分子設(shè)計(jì)規(guī)律，獲得性能優(yōu)異的非富勒烯受體分子材料及其太陽能電池器件具有重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，我們專利技術(shù)了一種以噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋給體單元修飾的d-a-d型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體，這種材料的特點(diǎn)是以噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋單元(d)，苯并噻二唑衍生物為受體單元(a)，并以烷基鏈進(jìn)行修飾。并對(duì)這種d-a-d型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體進(jìn)行了光物理性能測(cè)試，開發(fā)設(shè)計(jì)獲得了新型的具有較高摩爾吸收系數(shù)、寬響應(yīng)吸收光譜、合適能級(jí)的光伏材料中間體。
2、因此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種新型的，且具有廣泛應(yīng)用前景的光伏材料中間體，這種材料具有較好的溶解性和成膜性；在光物理測(cè)試中，該材料具有較強(qiáng)的捕光能力。
3、本材料在經(jīng)典d-a結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過引入平面稠環(huán)結(jié)構(gòu)的tpyrol-n-c11單元，旨在實(shí)現(xiàn)較大的電荷離域范圍，提高載流子遷移率。其中tpyrol-n-c11單元的設(shè)計(jì)與合成屬于首創(chuàng)，專利技術(shù)的tpyrol-n-c11單元以及小分子有機(jī)光伏材料中間體btno-tpy-c11和bbt-tpy-c11有利于進(jìn)一步構(gòu)筑有機(jī)光伏材料的分子及其在溶劑加工型本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用。這種d-a-d型結(jié)構(gòu)材料的分子結(jié)構(gòu)以及中間體可以是下列分子的任何一種。
4、
5、
6、上述d-a-d型有機(jī)小分子光伏材料中間體，包括下面任何衍生物：
7、以4-十一烷基-4h-噻吩并[3,2-b]吡咯(tpyrol-n-c11)為π橋給體單元(d)，以5,6-二硝基苯并[c][1,2,5]噻二唑(btno)為拉電子基團(tuán)(a)的d-a-d型有機(jī)光伏材料中間體btno-tpy-c11。
8、以4-十一烷基-4h-噻吩并[3,2-b]吡咯(tpyrol-n-c11)為π橋給體單元(d)，以苯并(雙)噻二唑(bbt)為拉電子基團(tuán)(a)的d-a-d型有機(jī)光伏材料中間體bbt-tpy-c11。
9、以下為具體合成路線(見說明書附圖6)：
10、為了得到上述材料，本專利技術(shù)的合成方案如下：
11、d-a-d型小分子光伏材料中間體tpyrol-nh合成：4h-噻吩[3,2-b]吡咯-5-羧酸乙酯在乙二醇溶液,氫氧化鉀的作用下,在加熱的條件下，發(fā)生脫脂劑反應(yīng)，合成得到脫去酯基的tpyrol-nh粗產(chǎn)品，經(jīng)柱層析分離得到純品。
12、d-a-d型小分子光伏材料中間體tpyrol-n-c11的合成：側(cè)鏈1-溴代十一烷基鏈與tpyrol-nh在二甲基甲酰胺溶液中與氫氧化鉀相互作用，加熱條件下，發(fā)生親電取代反應(yīng)，合成得到烷基化修飾的tpyrol-n-c11，粗產(chǎn)品經(jīng)柱層析分離得到純品。
13、d-a-d型小分子光伏材料中間體sn-tpyrol-n-c11的合成：中間體tpyrol-n-c11與正丁基鋰溶液在低溫條件下，發(fā)生拔氫反應(yīng)。再與三丁基氯化錫發(fā)生親電取代反應(yīng)，合成得到中間體sn-tpyrol-n-c11。
14、d-a-d型小分子光伏材料中間體的目標(biāo)產(chǎn)物btno-tpy-c11的合成：中間體sn-tpyrol-n-c11與化合物4在加熱條件下，在雙三苯基磷二氯化鈀的催化作用下，發(fā)生stille偶聯(lián)反應(yīng)，合成得到有機(jī)光伏中間體的目標(biāo)產(chǎn)物btno-tpy-c11。
15、d-a-d型小分子光伏材料中間體的目標(biāo)產(chǎn)物bbt-tpy-c11的合成：中間體sn-tpyrol-n-c11與化合物6在加熱條件下，在雙三苯基磷二氯化鈀的催化作用下，發(fā)生stille偶聯(lián)反應(yīng)，合成得到有機(jī)光伏中間體的目標(biāo)產(chǎn)物bbt-tpy-c11。
16、本專利技術(shù)的d-a-d型小分子光伏材料中間體與已公開的大多數(shù)小分子光伏材料中間體相比，其特點(diǎn)是：(1)引入較長的柔性烷基鏈1-十一烷基鏈進(jìn)行修飾，在易于調(diào)節(jié)溶解性的同時(shí)，使小分子材料具有更好的成膜性；(2)以新型平面稠環(huán)噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋單元，很好的拓寬了分子的光譜吸收范圍和摩爾吸光系數(shù)；(3)以新型平面稠環(huán)噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋單元，使小分子材料具有更強(qiáng)的分子間相互作用，更緊密的π-π堆積作用；(4)分子中給受體相互作用的存在，形本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種以噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋修飾的D-A-D型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體的合成及應(yīng)用，其特征在于其結(jié)構(gòu)式為式I所示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋修飾的D-A-D型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體，其特征在于，該類材料的特點(diǎn)是以以4-十一烷基-4H-噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋單元(D)，以苯并噻二唑衍生物為受體單元(A)。并對(duì)這種D-A-D型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體進(jìn)行了光物理性能測(cè)試，開發(fā)設(shè)計(jì)獲得了新型的具有較高摩爾吸收系數(shù)、寬響應(yīng)吸收光譜、合適能級(jí)的光伏材料中間體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋修飾的D-A-D型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體，其特征在于，所述具有吸電子性質(zhì)橋聯(lián)受體A單元為二硝基苯并噻二唑、苯并雙噻二唑、苯并噻二唑、單氟苯并噻二唑、雙氟苯并噻二唑、雙辛氧基苯并噻二唑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的以噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋修飾的D-A-D型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體，其特征在于，引入平面稠環(huán)結(jié)構(gòu)的4-十一烷基-4H-噻吩并[3,2-b]吡咯單元，旨在實(shí)現(xiàn)較大的電
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種以噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋修飾的d-a-d型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體的合成及應(yīng)用，其特征在于其結(jié)構(gòu)式為式i所示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋修飾的d-a-d型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體，其特征在于，該類材料的特點(diǎn)是以以4-十一烷基-4h-噻吩并[3,2-b]吡咯為π橋單元(d)，以苯并噻二唑衍生物為受體單元(a)。并對(duì)這種d-a-d型結(jié)構(gòu)有機(jī)光伏材料中間體進(jìn)行了光物理性能測(cè)試，開發(fā)設(shè)計(jì)獲得了新型的具有較高摩爾吸收系數(shù)、寬響應(yīng)吸收光譜、合適能級(jí)的光伏材料中間體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李敏，薛宇凡，曹晶晶，黃潔，熊續(xù)偲，李元琦，林沖，李作佳，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東華理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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