专利名称：二溴蒽类化合物及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二溴蒽类化合物及其制备方法和应用，具体涉及一种可用作有机/聚合物太阳能电池电子受体材料的化合物(1，8- 二溴-4，5- 二羟基-9，10- 二氢蒽、 1，8- 二溴-4，5- 二羟基蒽、1，8- 二溴-4，5- 二烷氧基蒽)。
背景技术：
现在，光伏电池商品主要是硅电池，因为硅是一种价格昂贵的原材料，而且太阳能硅电池必须固定在玻璃上，所以，太阳能硅电池具有沉重、运输和安装成本高的缺点。因此， 研制廉价、易加工制作的薄膜光伏电池成为了研究热点。相对于硅光伏电池，有机/聚合物光伏电池具有成本低、重量轻、体积小、易加工、 柔韧性好、适宜加工成大面积的平板器件的特点。提高光电转化率是当前有机/聚合物光伏电池所面临的最主要课题。按照目前的能源供应情况，如果有机/聚合物光伏电池的光电转化率提高到10%，将具有价格比较优势，和广阔的应用市场。提高光电转换率的关键问题之一是设计并合成性能优良的有机/聚合物材料。高光电转化率的有机/聚合物光伏电池需要高效的电子给体(Donor)和电子受体(Acceptor)材料。近年来，中外科学家陆续研发了一些性质优良的电子给体材料，例如 Katz教授的梯状低聚物，Jen教授研究组的三苯胺衍生物材料；我国中科院化学所的李永舫教授等设计合成的含有侧链的聚噻吩和聚乙烯噻吩材料，中科院高分子物理与化学国家重点实验室的薄志山教授设计合成的共聚高分子和树枝化共轭高分子等。相对于电子给体材料，电子受体材料研究较少。第一代电子受体是C60衍生物和C70衍生物。例如加州大学圣芭芭拉分校的midl研究组设计合成的C60衍生物PCBM ([6, 6]-phenyl C61_butyric acid methyl ester)，该化合物已作为有机光伏电池的电子受体材料被普遍使用。中科院化学所李永舫教授等设计合成的hdene-C60 bisadduct等电子受体材料。第二代电子受体电子受体材料是以9，9’-bifluorenylidene (9，9’_BF)为代表的平面共轭分子。(Brunetti, F. G. ； Gong, X. ； Tong, M. ； Heeger, A. J. ； Wudl, F. Strain and Huckel Aromaticity: Driving Forces for a Promising New Generation of Electron Acceptors in Organic Electronics, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 532 - 536.)
作为一个实用的光伏电池材料必须具备易合成，性质稳定，价格低廉的特点。因此，一些跨国公司经过多年的研究探索，逐渐把电子给体材料锁定在P3HT (poly (3-hexylthiophene))和 TBP CTetrabenzylporphrine，四苯并卟啉)上。与 P3HT 相匹配的电子受体材料是C60或C70衍生物。目前，跨国公司(例如日本三菱公司)已经通过工艺优化等途径，将使用P3HT和PCBM制作的光伏电池的光电转换率提高到大于8%的水平，申请了上百个电池制做工艺专利和化合物专利。但对使用TBP作为电子给体材料的研究较少，理论上与TBP相匹配的电子受体材料应该是平面大共轭分子，因此设计与TBP相匹配的电子受体一平面共轭分子将有力推动这类光伏电池的光电转换率的提高。
发明内容
本发明的目的是为了解决光伏电池电子受体材料设计中存在的缺陷，提供一种与 TBP电子给体材料相匹配的蒽环为母体的溴代物作为电子受体材料。为了达到上述目的，本发明提供了平面共轭的分子1，8-二溴-4，5-二羟基-9，10- 二氢蒽、1，8- 二溴-4，5- 二羟基蒽或1，8- 二溴-4，5- 二烷氧基蒽的结构与制备方法；
权利要求
1. 二溴蒽类化合物，其特征在于，所述的二溴蒽类化合物由如下结构式构成
2.根据权利要求1所述的二溴蒽类化合物，其特征在于，所述的R为CH2CH3、CH2CH2CH3、 CH2CH2CH2CH3λ (CH2)4CH3 或(CH2)5CH30
3.二溴蒽类化合物的制备方法，其特征在于，由如下步骤实现步骤1 取1，8- 二羟基-9，10- 二氢蒽(I )与溴化试剂按摩尔比1 O 4)反应，其中溴化温度为25 30 获得1，8- 二溴-4，5- 二羟基-9，10- 二氢蒽(II)；所述溴化试剂为NBS。
4.根据权利要求3所述的二溴蒽类化合物的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤 步骤2 将步骤1中所得产物1，8_ 二溴-4，5-二羟基-9，10-二氢蒽(II)与2，3，5，6-四氯苯醌按摩尔比1 :(1 4)反应，加入到氯仿或四氢呋喃中，搅拌回流得到1，8_ 二溴-4，5-二羟基蒽(III)。
5.根据权利要求4所述的二溴蒽类化合物的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤 步骤3 在氮气保护下，将步骤2中所得产物1，8- 二溴-4，5- 二羟基蒽(III)、碳酸钾和烷基化试剂按摩尔比1 (2 ~ 20) (2 ~ 15)反应，加入到DMF中，加热搅拌得到1，8- 二溴-4，5-二烷氧基蒽化合物(IV)；所述烷基化试剂为溴乙烷、溴丙烷、溴丁烷、溴戊烷或溴己焼。
6.根据权利要求5所述的二溴蒽类化合物的制备方法，其特征在于，步骤3中所述烷基化试剂为溴乙烷，反应温度为35 38 0C,反应时间为96小时。
7.根据权利要求5所述的二溴蒽类化合物的制备方法，其特征在于，步骤3中所述烷基化试剂为溴丙烷，反应温度为65 70。C，反应时间为48小时。
8.根据权利要求5所述的二溴蒽类化合物的制备方法，其特征在于，步骤3中所述烷基化试剂为溴丁烷、溴戊烷或溴己烷，温度为95 100 °C，反应时间为30小时。
9.二溴蒽类化合物作为光伏电池受体材料的应用。
全文摘要
本发明提供了1,8-二溴-4，5-二羟基-9，10-二氢蒽、1,8-二溴-4，5-二羟基蒽和1,8-二溴-4，5-二烷氧基蒽化合物及其制备方法和应用。本发明提供的平面共轭的分子1,8-二溴-4，5-二羟基-9，10-二氢蒽、1,8-二溴-4，5-二羟基蒽和1,8-二溴-4，5-二烷氧基蒽化合物可用于光伏电池电子受体材料，通过电子给体材料和电子受体材料间的π-πStaking效应，增大电子给体与受体的接触面积，缩短激子的扩散距离，提高光伏电池的短路电流、填充因子和光电转换率；降低光伏电池的制作成本。
文档编号C07C37/62GK102491881SQ20111041024
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者张超智 申请人:南京信息工程大学