一种二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物及其制备方法和应用

本发明涉及有机太阳能电池，尤其涉及一种二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在有机太阳能电池中，提高能量转换效率不仅需要不断创新给受体材料，还需要优化空穴或电子传输层的性能。近年来，电子传输层在有机太阳能电池中取得了快速进展，主要有聚合物和小分子两种类型。虽然目前高效的有机太阳能电池器件多采用聚合物电子传输层，但是聚合物材料存在批次不一致的问题，导致器件性能不稳定。相比之下，小分子电子传输层具有结构精确、合成简单等优势，受到了研究者的关注。然而，现有的小分子电子传输层仍面临着成膜性差、电子迁移率和电导率低等挑战，不利于制备厚膜器件，限制了其在有机太阳能电池领域的发展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物及其制备方法和应用，本发明提供的二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物用于制备有机太阳能电池的电子传输层，具有成膜性好、电子迁移率和导电率高的特点，对厚度不敏感，有利于商业化应用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物，具有式ⅰ所示结构：

4、

5、式ⅰ中，n和m独立地为1～12中的整数，r1为氢、甲基、乙基、丙基、丁基、氟、氯或溴；r2和r3独立地为氢、氟、氯或溴。

6、优选的，具有式ⅱ所示结构：

7、

8、本发明提供了上述方案所述二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物的制备方法，包括以下步骤：

9、将化合物1、第一极性有机溶剂、脱水剂、碱性催化剂和化合物2混合，进行酯化反应，得到化合物3；

10、将所述化合物3与化合物4和第二极性有机溶剂混合，进行季铵化反应，得到具有式ⅰ所示结构的二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物；

11、

12、优选的，所述化合物1与化合物2的摩尔比为1:(1.1～10)。

13、优选的，所述脱水剂包括n,n'-二环己基碳二亚胺或1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺；所述化合物1与脱水剂的摩尔比为1:(1.1～10)。

14、优选的，所述碱性催化剂包括4-二甲氨基吡啶；所述化合物1与碱性催化剂的摩尔比为1：(0.1～10)。

15、优选的，所述酯化反应的温度为30～70℃。

16、优选的，所述化合物4与化合物3的摩尔比为1：(2.1～10)。

17、优选的，所述季铵化反应的温度为40～120℃，时间为24～96小时。

18、本发明提供了上述方案所述二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物或上述方案所述制备方法制备得到的二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物在有机太阳能电池电子传输层中的应用。

19、本发明提供了一种二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物，具有式ⅰ所示结构，该化合物结合了苝酰亚胺和二茂铁单元的高电子迁移率和高电导率的特点，同时分子结构中含有酯基，保证了该化合物作为电子传输层材料时良好的成膜性，同时也赋予了其厚度不敏感性，有利于其商业化应用。

20、本发明还提供了上述二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物的制备方法，本发明利用酯化反应及季铵盐反应，绿色环保且制备方法简单。

技术特征：

1.一种二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物，具有式ⅰ所示结构：

2.根据权利要求1所述的二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物，其特征在于，具有式ⅱ所示结构：

3.权利要求1或2所述二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述化合物1与化合物2的摩尔比为1:(1.1～10)。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述脱水剂包括n,n'-二环己基碳二亚胺或1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺；所述化合物1与脱水剂的摩尔比为1:(1.1～10)。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱性催化剂包括4-二甲氨基吡啶；所述化合物1与碱性催化剂的摩尔比为1：(0.1～10)。

7.根据权利要求3～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述酯化反应的温度为30～70℃。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述化合物4与化合物3的摩尔比为1：(2.1～10)。

9.根据权利要求3或8所述的制备方法，其特征在于，所述季铵化反应的温度为40～120℃，时间为24～96小时。

10.权利要求1或2所述二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物或权利要求3～9任一项所述制备方法制备得到的二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物在有机太阳能电池电子传输层中的应用。

技术总结
本发明提供了一种二茂铁与苝酰亚胺复合型小分子化合物及其制备方法和应用，属于有机太阳能电池技术领域。本发明提供的化合物具有式Ⅰ所示结构，结合了苝酰亚胺和二茂铁单元的高电子迁移率和高电导率的特点，同时分子结构中含有酯基，保证了该化合物作为电子传输层材料时良好的成膜性，同时也赋予了其厚度不敏感性，有利于其商业化应用。

技术研发人员：夏冬冬,陈祥,方洁,谢谦,张月凤,赵朝委,游胜勇,李韦伟
受保护的技术使用者：江西省科学院应用化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25