一种新型芴类有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于有机太阳能电池材料
技术领域：
，具体涉及一种新型芴类有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：有机太阳能电池(OrganicPhotovoltaics，简称：OPV)是20世纪80年代发展起来的一种基于有机半导体吸光材料来实现光电转换效应的新型光伏器件。研究表明，与传统无机硅太阳能电池相比，OPV具有分子结构可调性、价格低廉、体轻便携、可以利用卷对卷和喷涂打印技术实现快速大面积加工柔性器件等优点得到了广泛的关注并逐步向产业化迈进。聚合物太阳能电池的活性层通常由基于聚合物/有机小分子的电子给体和电子受体共混而成。作为电子受体材料，以PCBM为代表的富勒烯类n-型有机半导体已经被广泛应用于聚合物太阳能电池中，基于聚合物-富勒烯的聚合物太阳能电池效率已经突破11％。但是，由于富勒烯类受体存在可见区光吸收较弱、分子能级调制范围小、合成和提纯成本较高的局限性，人们逐渐将目光转向基于非富勒烯型聚合物太阳能电池。自2015年中科院化学所有机固体院重点实验室占肖卫课题组设计合成了以ITIC为代表的非富勒烯受体材料以来，基于非富勒烯受体的有机太阳能电池效率已突破13％，但目前上述材料无一不分子结构复杂，分子量较大，制备过程困难，合成原料昂贵，不利于商业化应用。技术实现要素：本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种新型芴类有机太阳能电池受体材料及其制备方法和应用。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种新型芴类有机太阳能电池受体材料，其结构通式为：其中，m和n为自然数，两者代数和大于等于3；R1和R2为所含碳原子数目从1～20的烷基直链或者支链；B1和B2为连接给电子单元和受电子单元之间的桥连结构，其结构式选自如下结构：A1和A2为吸电子单元端基，其结构式选自如下结构：上述方案中，更为优选地，所述芴类有机太阳能电池受体材料为S-1，其结构式为：上述方案中，更为优选地，所述芴类有机太阳能电池受体材料为S-2，其结构式为：上述芴类有机太阳能电池受体材料S-1的制备方法，包括如下步骤：(1)化合物1的合成：取双口圆底烧瓶，无水无氧处理，依次加入2,7-二溴芴、四丁基碘化铵，在氮气保护下注入DMSO和NaOH溶液，加热到100℃～120℃，隔夜反应，TLC监测；反应结束后，冷却至室温，将反应液转移到分液漏斗中，用稀盐酸洗涤、石油醚萃取、饱和食盐水洗涤有机相，有机相干燥浓缩、石油醚过柱子，得到无色透明液体化合物1；所述2,7-二溴芴、四丁基碘化铵、DMSO和NaOH溶液配比为15mmol：4.5mmol：50ml：30ml；所述NaOH溶液的质量浓度为30％～50％；(2)化合物2的合成：取双口圆底烧瓶，无水无氧处理，依次加入2-三丁基锡噻吩、化合物1、四三苯基膦钯和无水甲苯，加热回流，TLC监测；反应结束后，将反应液直接旋蒸浓缩、硅胶柱层析、石油醚作洗脱剂洗脱，得到无色透明液体产物化合物2；所述2-三丁基锡噻吩、化合物1、四三苯基膦钯和无水甲苯配比为11mmol：11mmol：0.22mmol：80ml；(3)化合物3的合成：取双口圆底烧瓶，接回流冷凝管，无水无氧处理，依次加入化合物2、锌粉、NiCl2(PPh3)2和四丁基碘化铵；在氮气保护下，倒吸入THF，加热回流、隔夜反应，TLC监测；反应结束后，冷却至室温，旋干THF，硅胶柱层析，以石油醚:二氯甲烷做洗脱剂洗脱，得到纯的化合物3；所述化合物2、锌粉、NiCl2(PPh3)2、四丁基碘化铵和THF配比为0.13mmol：0.2mmol：0.065mmol：0.13mmol：1ml；(4)化合物4的合成：取双口圆底烧瓶，无水无氧处理，加入化合物3，在氮气保护下，倒吸入THF，-78℃下搅拌15min～20min，逐滴滴入n-BuLi，继续反应1h～1.5h；注射器注入超干DMF，迅速取样，TLC监测，随后注入甲醇，转移至室温，加入大量蒸馏水淬灭，加热台上室温搅拌；反应结束后，将体系转移至分液漏斗，二氯甲烷萃取，干燥，浓缩，硅胶柱层析，以石油醚:乙酸乙酯作洗脱剂洗脱，得到黄色固体化合物4；所述化合物3、n-BuLi、DMF和THF配比为0.3mmol：1.2mmol：2.4mmol：30ml；(5)受体材料S-1的合成：取双颈瓶，接回流冷凝管，无水无氧处理；加入化合物4、1,1-二氰亚甲基-3-茚酮，在氮气氛围下，注射器注入氯仿、吡啶，加热回流，隔夜反应，TLC监测；反应结束后，冷却至室温，直接浓缩，氯仿溶解，氯仿过柱子，除掉单边产物；石油醚/二氯甲烷体系重结晶，最终得到受体材料S-1；所述化合物4、1,1-二氰亚甲基-3-茚酮、吡啶和氯仿配比为0.2mmol：0.6mmol：1.2ml：50ml。上述芴类有机太阳能电池受体材料S-2的制备方法，包括如下步骤：(1)化合物1的合成：取双口圆底烧瓶，无水无氧处理，依次加入2,7-二溴芴、四丁基碘化铵，在氮气保护下注入DMSO和NaOH溶液，加热到100℃～120℃，隔夜反应，TLC监测；反应结束后，冷却至室温，将反应液转移到分液漏斗中，用稀盐酸洗涤、石油醚萃取、饱和食盐水洗涤有机相，有机相干燥浓缩、石油醚过柱子，得到无色透明液体化合物1；所述2,7-二溴芴、四丁基碘化铵、DMSO和NaOH溶液配比为15mmol：4.5mmol：50ml：30ml；所述NaOH溶液的质量浓度为30％～50％；(2)化合物2的合成：取双口圆底烧瓶，无水无氧处理，依次加入2-三丁基锡噻吩、化合物1、四三苯基膦钯和无水甲苯，加热回流，TLC监测；反应结束后，将反应液直接旋蒸浓缩、硅胶柱层析、石油醚作洗脱剂洗脱，得到无色透明液体产物化合物2；所述2-三丁基锡噻吩、化合物1、四三苯基膦钯和无水甲苯配比为11mmol：11mmol：0.22mmol：80ml；(3)化合物5的合成：取双颈瓶，无水无氧处理，加入化合物1和无水THF，-78℃搅拌15min～20min，逐滴加入n-BuLi，搅拌反应；反应1.5h～2h后加入异丙醇那硼酸酯，关闭制冷，隔夜反应，TLC监测；反应9h～12h后停止反应，加水淬灭，二氯甲烷萃取，干燥浓缩，硅胶柱层析，以石油醚/乙酸乙酯作洗脱剂洗脱，得到纯白色固体产物化合物5；所述化合物1、n-BuLi、异丙醇那硼酸酯和THF配比为16mmol：40mmol：64mmol：100ml；(4)化合物6的合成：取双颈瓶，无水无氧处理，依次加入化合物5、化合物2、四三苯基膦钯和无水碳酸钾，在氮气保护下，注入无水甲苯和蒸馏水，加热回流，隔夜反应，TLC监测；反应结束后，冷却至室温，二氯甲烷萃取，有机相干燥浓缩，硅胶柱层析，以石油醚/乙酸乙酯作洗脱剂洗脱，过柱得到化合物6；所述化合物5、化合物2、四三苯基膦钯、无水碳酸钾、蒸馏水和无水甲苯配比为2mmol：4.4mmol：0.06mmol：80mmol：12ml：30ml；(5)化合物7的合成：取双颈瓶，无水无氧处理，加入化合物6，在氮气氛围下，倒吸THF，-78℃下搅拌15min～20min，注射器逐滴滴加n-BuLi，继续搅拌1h～1.5h，用注射器滴加超干DMF，继续反应5min～10min，停止反应；反应结束后，加入甲醇淬灭反应，然后从-78℃环境下取出反应瓶，加入大量去离子水，放在反应台上搅拌后，将反应混合物倒入分液漏斗中，二氯甲烷萃取，有机相干燥，浓缩，硅胶柱层析，以石油醚:二氯甲烷作洗脱剂洗脱，得到墨绿色固体产物化合物7；所述化合物6、n-BuLi、DMF和THF配比为0.45mmol：1.8mmol：3.6mmol：30ml；(6)受体材料S-2的合成：取双颈瓶，接回流冷凝管，无水无氧处理，加入化合物7、1,1-二氰亚甲基-3-茚酮，在氮气氛围下，注射器注入氯仿、吡啶，加热回流，隔夜反应，TLC监测；反应结束后，停止加热，冷却至室温，直接浓缩，氯仿溶解，氯仿过柱子，除掉未反应的靛酮和部分单边杂质，得到的受体材料S-2粗产物，将S-2粗产物溶解于二氯甲烷后，在二氯甲烷液面上轻轻铺上石油醚，隔夜，抽滤，石油醚洗涤滤出的固体，得到纯的棕黑色受体材料S-2；所述化合物7、1,1-二氰亚甲基-3-茚酮、吡啶和氯仿配比为0.25mmol：0.75mmol：1.5ml：50ml。上述芴类有机太阳能电池受体材料在有机太阳能电池中的应用；具体地，所述有机太阳能电池，其受体材料为上述芴类有机太阳能电池受体材料，给体材料为PTB7-Th，所述PTB7-Th的结构式为本发明的有益效果如下：1)针对现有非富勒烯小分子受体材料分子结构复杂，分子量较大，制备过程困难，合成原料昂贵和不利于商业化应用等缺点，本发明提供了一种新型芴类有机太阳能电池受体材料，其中芴类有机太阳能电池受体材料S-1和S-2是简单的线性结构，分子结构简单、分子量小、制备步骤少而简单、合成原料便宜易得，具有良好的可见光吸收范围和吸收强度；将所述芴类有机太阳能电池受体材料应用于有机太阳能电池光伏器件中，在保证器件获得良好吸收范围和吸收强度的基础上使得器件制作成本大幅度降低，有利于有机太阳能电池早日商业化应用；2)针对现有技术采用Yamamoto方法制备自偶联产物时采用昂贵的双-(1，5-环辛二烯)镍作为反应原料，本发明采用乌尔曼自偶联制备自偶联中间产物，大大降低了合成成本，所述芴类有机太阳能电池受体材料S-1和S-2的制备方法简单，合成原料便宜易得。附图说明图1为实施例1制备得到的受体材料S-1的合成路线图。图2为实施例2制备得到的受体材料S-2的合成路线图。图3为实施例1制备得到的受体材料S-1分别在稀溶液和薄膜状态下的归一化紫外-可见吸收光谱图。图4为实施例2制备得到的受体材料S-2分别在稀溶液和薄膜状态下的归一化紫外-可见吸收光谱图。图5为两种受体材料S-1与S-2在薄膜状态下的归一化紫外-可见吸收光谱图。图6为两种受体材料S-1与S-2的电化学循环伏安曲线图。图7为结构为ITO/PEDOT:PSS/聚合物PTB7-Th/S-n(1:1.5)/Ca/Al的聚合物太阳能电池光伏器件的电流-电压曲线图。图8为结构为ITO/PEDOT:PSS/聚合物PTB7-Th/S-1(1:1,1:1.5,1:2)/Ca/Al的聚合物太阳能电池光伏器件的电流-电压曲线图。图9为图9为结构为ITO/PEDOT:PSS/聚合物PTB7-Th/S-2(1:1,1:1.5,1:2)/Ca/Al的聚合物太阳能电池光伏器件的电流-电压曲线图。具体实施方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例中使用的石油醚、二氯甲烷、乙酸乙酯、氯仿、甲苯、四氢呋喃、无水甲醇、氢氧化钠、稀盐酸、无水碳酸钾、层析硅胶购于武汉申试化工有限公司；无水N,N-二甲基甲酰胺、正丁基锂、四三苯基膦钯、二三苯基膦氯化镍、无水DMSO、溴代正癸烷购于上海百灵威化学技术有限公司；2,7-二溴芴、四丁基碘化铵、噻吩、锌粉、无水吡啶、异丙醇那硼酸酯购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司；1,1-二氰亚甲基-3-茚酮由实验室内部制备。以上采购试剂中甲苯、四氢呋喃再进行无水无氧处理，其它试剂均直接使用。2-三丁基锡噻吩的制备方法如下：取250ml双口圆底烧瓶，恒压滴液漏斗，无水无氧处理，抽真空，倒吸入THF(100ml)，N2保护下用注射器注入噻吩(120mmol，10.92g)，-78℃下逐滴滴加n-BuLi(100mmol，40ml)，滴加完后搅拌反应1h，然后加入三丁基氯化锡(105mmol，34.2g)，停止制冷，隔夜反应。后处理：加水淬灭，旋干THF，石油醚萃取，干燥浓缩，蒸馏，得淡黄色液体产物2-三丁基锡噻吩(95mmol，35.5g)，产率91％。实施例1一种芴类有机太阳能电池受体材料S-1，其化学结构式为：上述芴类有机太阳能电池受体材料S-1，制备方法如下(制备路线如图1所示)：(1)化合物1的合成：取250ml双口圆底烧瓶，无水无氧处理，依次加入2,7-二溴芴(15mmol)，四丁基碘化铵(30wt％，4.5mmol)，抽充氮气3次，氮气保护下注入50mlDMSO和30ml50wt％NaOH溶液，加热到100℃，隔夜反应，TLC监测；后处理：反应停止，冷却至室温，转移到500ml分液漏斗中，100ml10％(体积浓度)稀盐酸洗涤(缓慢加入，小心放热剧烈)，石油醚萃取，饱和食盐水50ml*3洗涤有机相，有机相干燥浓缩，石油醚过柱子，得到无色透明液体化合物1(14mmol)，产率95％，1HNMR(500MHz,CDCl3,δ),7.51(d,J＝7.1Hz,2H),7.45(d,J＝6.8Hz,4H),1.91(m,4H),1.27-1.05(m,32H),0.87-0.84(m,6H).13CNMR(125MHz,CDCl3,)152.58,139.08,130.16,126.20,121.48,121.10,77.27,77.02,76.76,55.70,40.15,31.87,29.87,29.51,29.27,29.20,23.65,22.66,14.10；(2)化合物2的合成：取100ml双口圆底烧瓶，无水无氧处理，依次加入2-三丁基锡噻吩(1eq，11mmol)、化合物1(11mmol)、四三苯基膦钯(2％eq，0.22mmol)和80ml无水甲苯，加热回流，TLC监测；后处理：直接旋蒸浓缩，硅胶柱层析，石油醚作洗脱剂，得到无色透明液体产物化合物2(6.6mmol)，产率60％，1HNMR(500MHz，CDCl3,δ)7.68(d,J＝5Hz,1H),7.62(d,J＝10Hz,1H),7.57(d,J＝10Hz,2H),7.48(d,J＝5Hz,2H),7.41(d,J＝5Hz,1H),7.33(d,J＝5Hz,1H),7.13(m,1H),2.04-1.93(m,4H),1.31-1.08(m,32H),0.88-0.85(m,6H).13CNMR(125MHz,CDCl3,δ)153.17,151.55,151.20,150.92,145.28,144.99,140.75,140.68,133.21,130.06,128.91,128.90,128.04,127.13,126.84,126.20,125.99,125.09,124.89,124.69,124.44,123.05,122.90,122.84,120.21,120.18,120.06,119.72,77.31,77.06,76.81,55.54,55.19,40.42,40.32,31.91,29.59,29.56,29.31,23.79,23.74,22.75,22.70,14.14；(3)化合物3的合成：取10ml双口圆底烧瓶，接回流冷凝管，无水无氧处理，依次加入化合物2(0.13mmol)、锌粉(1.5eq，0.2mmol，0.013g)、NiCl2(PPh3)2(50％eq，0.065mmol，0.0425g)、四丁基碘化铵(1eq，0.13mmol，0.048g)；抽充氮气3次，倒吸入THF(1ml)，加热回流，隔夜反应，TLC监测；后处理：停止加热，冷却至室温，旋干THF，硅胶柱层析，石油醚：二氯甲烷＝30:1作洗脱剂，得到纯的化合物3(0.046mmol，48mg)，产率70％，1HNMR(500MHz，CDCl3,δ)7.80(d,J＝7.5Hz,2H),7.75(d,J＝8Hz,2H),7.68-7.62(m,8H),7.42(d,J＝3Hz,2H),7.32(d,J＝5Hz,2H),7.15(m,2H),2.10-2.05(m,8H),1.28-1.11(m,64H),0.87-0.84(m,12H).13CNMR(125MHz,CDCl3,δ)148.32,148.21,141.23,141.01,139.90,138.23,133.11,130.15,130.52,129.44,128.91,125.57,124.70,53.48,43.98,31.95,30.26,29.67,29.33,24.44,22.70,14.13；(4)化合物4的合成：取100ml双口圆底烧瓶，无水无氧处理，加入化合物3(0.3mmol)，抽充N23次，倒吸入THF(30ml)，-78℃下搅拌15min，逐滴滴入n-BuLi(4eq，1.2mmol，0.5ml)，反应体系很快由淡黄色变成深绿色乳浊液，继续反应1h；注射器注入超干DMF(8eq，2.4mmol，0.2ml)，反应体系很快变成黄色乳浊液，迅速取样TLC监测，5min后注入甲醇10ml，转移至室温，加入大量蒸馏水淬灭，加热台上室温搅拌5min；后处理：将体系转移至250ml分液漏斗，二氯甲烷萃取，干燥，浓缩，硅胶柱层析，石油醚：乙酸乙酯＝5:1作洗脱剂，得到黄色固体化合物4(0.21mmol)，产率70％,1HNMR(500MHz，CDCl3,δ)9.95(s,2H),7.85-7.80(m,6H),7.74-7.67(m,8H),7.52(d,J＝4Hz,2H),2.12-2.10(m,8H),1.29-1.12(m,64H),0.87-0.84(m,12H).13CNMR(125MHz,CDCl3,δ)182.68,155.20,152.16,152.01,142.40,142.05,141.04,139.50,137.47,131.76,126.41,125.62,123.82,121.51,120.74,120.42,77.30,77.04,76.79,55.48,40.29,31.87,29.55,29.53,29.28,29.23,23.86,22.65,14.09.(5)受体材料S-1的合成：取100ml双颈瓶，接回流冷凝管，无水无氧处理；加入化合物4(0.2mmol)、1,1-二氰亚甲基-3-茚酮(3eq，0.6mmol)，抽充氮气3次，注射器注入氯仿(50ml)、吡啶(1.2ml)，加热回流，隔夜反应，TLC监测；后处理：停止加热，冷却至室温，直接浓缩，氯仿溶解，氯仿过柱子，除掉单边产物；石油醚/二氯甲烷体系重结晶，最终得到受体材料S-1(200mg，0.14mmol)，产率70％；1HNMR(500MHz，CDCl3,δ)8.91(d,J＝2Hz,2H),8.72-8.71(m,2H),7.98(d,J＝6.5Hz,2H),7.91-7.83(m,10H),7.78-7.71(m,8H),7.62(d,J＝3.5Hz,2H),2.62(m,8H),1.24-1.13(m,64H),0.85-0.83(m,12H).13CNMR(125MHz,CDCl3,δ)188.40,161.53,152.35,152.24,146.49,143.25,141.25,140.03,139.53,136.24,134.55,131.81,124.85,121.55,120.92,120.57,114.57,114.48,77.32,77.07,76.81,69.77,55.67,40.32,31.88,29.99,29.59,29.55,29.30,23.92,22.65,14.10。实施例2一种芴类有机太阳能电池受体材料S-2，其化学结构式为：上述芴类有机太阳能电池受体材料S-2，制备方法如下(制备路线如图2所示)：(1)化合物1和化合物2的合成同实施例1；(2)化合物5的合成：取250ml双颈瓶，无水无氧处理，加入化合物1(16mmol)和100ml无水THF，-78℃搅拌15min，逐滴加入n-BuLi(2.5eq，16ml，40mmol)，搅拌反应；反应1.5h后加入异丙醇那硼酸酯(4eq，64mmol)，关闭制冷，隔夜反应，TLC监测；后处理：9h后停止反应，加水淬灭，二氯甲烷萃取，干燥浓缩，硅胶柱层析，石油醚/乙酸乙酯＝20/1作洗脱剂，得到纯白色固体产物化合物5(13.3mmol)，产率83％，1HNMR(500MHz，CDCl3,δ)7.83(d,J＝3.75Hz,2H),7.75(m,4H),2.03-2.00(m,4H),1.41(s,24H),1.28-1.03(m,32H),0.88-0.85(m,6H).13CNMR(125MHz,CDCl3,δ)150.49,143.93,133.69,128.95,127.90,126.96,126.67,123.04,122.94,119.38,83.71,83.62,77.29,77.04,76.78,55.19,55.09,54.90,40.25,40.14,31.88,30.01,29.59,29.53,29.27,29.25,24.96,23.69,22.66,22.29,14.10,13.99；(3)化合物6的合成：取250ml双颈瓶，无水无氧处理，依次加入化合物5(2mmol)、化合物2(2.2eq，4.4mmol)、四三苯基膦钯(3％eq，0.06mmol70mg)和无水碳酸钾(11g，80mmol)，抽充氮气3次，氮气保护下注入30ml无水甲苯和12ml蒸馏水，加热回流，隔夜反应，TLC监测。冷却至室温，二氯甲烷萃取，有机相干燥浓缩，硅胶柱层析，石油醚/乙酸乙酯＝50/1作洗脱剂，过柱得到化合物6(0.6mmol)，产率30％，1HNMR(500MHz，CDCl3,δ),7.85(d,J＝8Hz,2H),7.81(d,J＝8Hz,2H),7.76(d,J＝8Hz,2H),7.71-7.63(m,12H),7.43(d,J＝3Hz,2H),7.33(d,J＝5Hz,2H),7.16-7.14(m,2H),2.15-2.04(m,12H),1.26-1.12(m,96H),0.88-0.85(m,18H).13CNMR(125MHz,CDCl3,δ)148.28,141.13,141.02,140.33,139.94,139.90,133.12,130.57,130.11,128.88,128.61,128.04,127.63,125.59,124.71,53.55,43.93,31.90,30.28,29.65,29.37,24.44,22.70,14.11；(4)化合物7的合成：取250ml双颈瓶，无水无氧处理，加入化合物6(0.45mmol)，抽充氮气3次，倒吸THF(30ml)，-78℃下搅拌15min，注射器逐滴滴加n-BuLi(4eq，1.8mmol，0.72ml)，继续搅拌1h，可观察到反应体系由绿色澄清溶液变成绿色乳浊液，用注射器滴加超干DMF(8eq，3.6mmol，0.31ml)，反应体系立刻变成很浓的绿色乳浊液，反应5min左右即可停止反应。后处理：加入甲醇淬灭反应，然后从-78℃环境下取出反应瓶，加入大量去离子水，放在反应台上搅拌2min，将反应混合物倒入分液漏斗中，二氯甲烷萃取，有机相干燥，浓缩，硅胶柱层析，石油醚：二氯甲烷＝5：1作洗脱剂，得到墨绿色固体产物化合物7(0.28mmol)，产率60％，1HNMR(500MHz，CDCl3,δ),9.95(s,2H),7.86-7.80(m,8H),7.74-7.68(m,12H),7.53-7.51(m,2H),2.15-2.10(m,12H),1.26-1.12(m,96H),0.87-0.84(m,18H).13CNMR(125MHz,CDCl3,δ)182.70,155.27,152.15,151.97,151.88,142.49,142.01,141.29,139.31,137.48,131.68,126.36,126.23,125.60,123.80,121.51,120.73,120.38,120.05,77.28,77.03,76.77,55.46,55.38,40.31,31.87,29.97,29.59,29.55,29.53,29.28,29.24,22.65,14.09；(5)受体材料S-2的合成：取100ml双颈瓶，接回流冷凝管，无水无氧处理。加入化合物7(0.25mmol)、1,1-二氰亚甲基-3-茚酮(3eq，0.75mmol)，抽充氮气3次，注射器注入氯仿(50ml)、吡啶(1.5ml)，加热回流，隔夜反应，TLC监测。后处理：停止加热，冷却至室温，直接浓缩，氯仿溶解，氯仿过柱子，除掉未反应的靛酮和部分单边杂质，得到的受体材料S-2粗产物，加入20ml二氯甲烷溶解完全后，静置于通风橱内，在二氯甲烷液面上轻轻铺上30ml石油醚，隔夜，抽滤，石油醚洗涤滤出的固体，得到纯的棕黑色受体材料S-2(270mg),产率60％，1HNMR(500MHz，CDCl3,δ),8.95(s,2H),8.75(d,J＝7.5Hz,2H),8.01(d,J＝6.5Hz,2H),7.94(d,J＝4Hz,2H),7.90-7.78(m,14H),7.75-7.70(m,8H),7.64(d,J＝4Hz,2H),2.16-2.15(m,12H),1.25-1.13(m,96H),0.86-0.84(m,18H).13CNMR(125MHz,CDCl3,δ)188.42,161.63,160.48,152.34,152.19,151.93,143.37,140.29,140.22,140.06,136.95,136.22,134.55,131.73,124.84,122.34,121.55,120.51,114.59,114.50,77.31,77.05,76.80,69.75,55.65,55.41,40.35,31.89,29.59,29.55,29.30,23.98,23.92,22.66,14.10。实施例1和实施例2制备的两种受体材料的光学性能和电化学性能参见下表1及图3、图4、图5、图6。表1列出了两种受体材料的光学性能和电化学性能参数。表1受体材料的光学性能和电化学性能参数受体材料λsolution(nm)λfilm(nm)Egapopt(eV)Eoxonset(V)HOMO(eV)LUMO(eV)S-15735881.871.01-5.71-3.84S-25685811.891.1-5.80-3.91表1列举了受体材料S-1和S-2的最大吸收波长、光学带隙以及LUMO和HOMO能级等光学性能和电化学性能参数。图3和图4分别为受体材料S-1和S-2分别在稀溶液和薄膜状态下的归一化紫外-可见吸收光谱图，从图3和图4中可以看到，受体材料S-1薄膜状态下长波长处的最大吸收峰所处波长为588nm，相比溶液吸收下的573nm，红移了15nm；受体材料S-2薄膜状态下长波长处的最大吸收峰所处波长为581nm，相比溶液吸收下的568nm，红移了13nm。这说明受体材料S-1和S-2在固体状态下均有相对较强的分子间相互作用，导致小分子聚集状态下π-π堆叠更紧密有序。图5为两种受体材料S-1与S-2在薄膜状态下的归一化紫外-可见吸收光谱图，从图中可以直观的看出S-2在薄膜状态下长波长处的最大吸收峰所处波长为581nm，相比S-1所处的588nm蓝移了7nm；这说明，尽管S-2相对于S-1有着更长的π-π共轭结构，但在聚集状态下，S-2的空间结构有着更大的空间位阻，不利于分子间π-π堆叠。同时，由公式Egapopt＝1240/λonset可以得到它们的光学带隙Egapopt分别为1.87eV和1.89eV。图6为两种受体材料S-1与S-2的电化学循环伏安曲线图，通过采用电化学循环伏安法测量受体材料的氧化还原过程，可得到受体材料相对于Ag/Ag+的起始氧化还原电位，由图6可知受体材料S-1和S-2的起始氧化电位分别为1.01V和1.1V。根据公式HOMO＝-4.7-EOX,onset从而可以计算出受体材料S-1和S-2的HOMO能级分别为-5.71eV和-5.80eV，再由公式LUMO＝HOMO+Egapopt可以计算出它们的LUMO能级分别为-3.84eV和-3.91eV。采用PTB7-Th为给体材料，S-n(n为1或者2)为受体材料，按照ITO/PEDOT:PSS/聚合物PTB7-Th/S-n(1:1,1:1.5,1:2wt/wt)/Ca/Al制作成的太阳能电池的性能，参见下表2及图7、图8、图9。表2列出了太阳能电池光伏器件的活性层中聚合物PTB7-Th分别与两种受体材料S-n在不同配比的情况下电池表现出来的光伏性能参数。表2太阳能电池的光伏性能参数活性层Voc(V)Jsc(mA/cm2)FFPCE(％)PTB7-Th:S-1＝1:10.757.450.331.84PTB7-Th:S-1＝1:1.50.929.850.393.49PTB7-Th:S-1＝1:20.885.440.371.76PTB7-Th:S-2＝1:10.866.590.331.87PTB7-Th:S-2＝1:1.50.836.720.362.01PTB7-Th:S-2＝1:20.914.270.331.28表2列举了基于结构为ITO/PEDOT:PSS/聚合物PTB7-Th/S-n(1:1,1:1.5,1:2)/Ca/Al的聚合物太阳能电池光伏器件的开路电压、短路电流、填充因子和光电转换效率等主要光伏性能参数，图7为结构为ITO/PEDOT:PSS/聚合物PTB7-Th/S-n(1:1.5)/Ca/Al的聚合物太阳能电池光伏器件的电流-电压曲线图。该图表示了活性层中PTB7-Th:受体材料S-n在最优配比1:1.5的情况下，光伏器件的电流-电压曲线图；以S-1为受体材料时，器件的短路电流和开路电压分别为9.85mA/cm2和0.92V；以S-2为受体材料时，器件的短路电流和开路电压分别为6.72mA/cm2和0.83V。图8为结构为ITO/PEDOT:PSS/聚合物PTB7-Th/S-1(1:1,1:1.5,1:2)/Ca/Al的聚合物太阳能电池光伏器件的电流-电压曲线图，该图表示了活性层中PTB7-Th:S-1在不同配比的情况下，光伏器件的电流-电压曲线图，可见当PTB7-Th:S-1＝1:1.5时，器件的短路电流和开路电压最大，分别为9.85mA/cm2和0.92V。图9为结构为ITO/PEDOT:PSS/聚合物PTB7-Th/S-2(1:1,1:1.5,1:2)/Ca/Al的聚合物太阳能电池光伏器件的电流-电压曲线图，该图表示了活性层中PTB7-Th:S-2在不同配比的情况下，光伏器件的电流-电压曲线图，可见当PTB7-Th:S-2＝1:1.5时，器件的短路电流和开路电压最大，分别为6.72mA/cm2和0.83V。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。当前第1页1 2 3