发布日期:2025-08-25 浏览次数:
本发明属于太阳能电池领域,具体涉及化合物、其立体异构体或光学异构体,还涉及该化合物、其立体异构体或光学异构体的制备方法、太阳能电池给体材料、太阳能电池、用电装置及应用。
1、有机太阳能电池以柔性、质量轻、半透明、可大面积加工生产等显著优点引起广泛关注,这表明有机太阳能电池具有广阔的发展前景。
2、与基于溶液法制备的有机太阳能电池相比,基于真空蒸镀法制备的有机太阳能电池具有更高的稳定性,而且,真空蒸镀技术已成熟应用于商业化的有机发光二极管领域,具有更为实际的商业化应用潜力。但是,真空蒸镀型的有机太阳能电池的光电转换效率相对较低,一方面,受分子量限制使给、受体分子的光学性质较弱,导致电池短路电流低;另一方面,对真空蒸镀型的有机太阳能电池的给体分子的研究相对比较缺乏,数量较少。
3、因此,亟需设计和合成出具有较高的稳定性、具有较强的可见和近红外吸收的给体分子,并且提高真空蒸镀型的有机太阳能电池的光电转换效率。
1、本发明目的之一在于提供一种化合物、其立体异构体或光学异构体,其具有良好的稳定性和优良的光学性能,有利于提高真空蒸镀型有机太阳能电池的光电转换效率。本发明又一目的在于提供上述化合物、其立体异构体或光学异构体的制备方法。本发明的又一目的在于提供太阳能电池给体材料、太阳能电池、用电装置及其应用。
2、为实现上述目的,本发明第一方面提供式i所示的化合物、其立体异构体或光学异构体,
5、d选自其中,r1、r2、r5和r6各自独立地选自c1-6烷基;r3选PG电子自5-10元杂芳基,或者r3与苯环上相连的碳原子及邻位碳原子形成5-10元杂芳基,或者r3不存在;r4为c1-6烷基硅烷基、或者r4与五元环上相连的碳原子及邻位碳原子形成5-10元芳环;y选自s、n、se和o;m为0或1;
6、π为其中,g环选自5-10元芳基和5-10元杂芳基;x选自o、s、se、ch,或者x包括碳原子并与环上相邻的碳原子形成r7和r8各自独立地选自h、卤素原子和c1-6烷基;e选自s、o、se和n;n为0或1;
7、a选自其中,r9和r10各自独立地选自o和二氰基c1-6亚烷基(例如二氰基c1-4亚烷基、二氰基c1-2亚烷基、二氰基c2-6亚烷基、二氰基c2-4亚烷基);
11、其中,r1、r2、r5和r6各自独立地选自c1-6烷基;r3选自含有o原子、s原子或se原子的5-6元杂芳基,或者r3与苯环上相连的碳原子及邻位碳原子形成含有o原子、s原子或se原子的5-6元杂芳基,或者r3不存在;r4为三c1-6烷基硅烷基、或者r4与五元环上相连的碳原子及邻位碳原子形成5-6元芳环;y选自s和n;m为0或1。
13、其中,r1、r2、r5和r6各自独立地选自甲基和异丁基;r3选自或者r3与苯环上相连的碳原子及邻位碳原子形成呋喃基或噻吩基,或者r3不存在;r4为三异丙基硅烷基、或者r4与五元环上相连的碳原子及邻位碳原子形成苯环;y选自s和n;m为0或1。
15、其中,r1、r2、r5和r6各自独立地选自甲基和异丁基;r3选自或者r3与苯环上相连的碳原子及邻位碳原子形成或者r3不存在;r4为三异丙基硅烷基、或者r4与五元环上相连的碳原子及邻位碳原子形成苯环;y选自s和n;m为0或1。
19、其中,g环选自5-6元芳基和5-6元杂芳基;x选自o、s、se、ch,或者x包括碳原子并与环上相邻的碳原子形成r7和r8各自独立地选自h、卤素和c1-6烷基;e选自s、o、se和n;n为0或1。
22、其中,g环选自苯基和5元杂芳基;x选自o、s、se、ch,或者x包括碳原子并与环上相邻的碳原子形成r7和r8各自独立地选自h、卤素、甲基、正丁基和异丁基;e选自s和n;n为0或1。
24、其中,x1选自o、s和se;x2和x3各自独立地选自h、卤素、甲基、正丁基和异丁基。
26、其中,x1选自o、s和se;x2选自h、f和cl;x3选自甲基、正丁基和异丁基。
27、本发明第一方面的任意实施方式中,a选自其中,r9和r10各自独立地选自o和二氰基亚甲基。
30、本发明第一方面的任意实施方式中,a选自其中,r9和r10中的一个为o、另一个为二氰基c1-6亚烷基。
36、上述基团中的“虚线”表示基团上可用于与母核或其它基团键接的游离端。
37、本发明第二方面提供一种制备本发明第一方面的化合物、其立体异构体或其光学异构体的方法,其为方法一、方法二或方法三;其中,
39、式m所示的化合物与式b所示的化合物在溶剂中进行偶联反应,得到式c所示的化合物,反应式如下:
41、式c所示的化合物与含a基团PG电子的化合物在溶剂中进行缩合反应,得到式ι所示的化合物,反应式如下:
44、式n所示的化合物与三丁基氯化锡在溶剂中进行锂化反应和锂卤交换反应,得到式f所示的化合物,反应式如下:
46、式f所示的化合物与式h所示的化合物在溶剂中进行偶联反应,得到式ι所示的化合物,反应式如下:
49、式f所示的化合物与式b所示的化合物在溶剂中进行偶联反应,得到式c所示的化合物,反应式如下:
51、式c所示的化合物与含a基团的化合物在溶剂中进行缩合反应,得到式ι所示的化合物,反应式如下:
56、2)方法一中,式m所示的化合物与式b所示的化合物的摩尔比为1:2-1:4;
57、3)方法一中,偶联反应采用的溶剂选自四氢呋喃、水和甲苯中的一种或多种的混合;
67、13)方法二中,式f所示的化合物与式h所示的化合物的摩尔比为1:3-1:5;
68、14)方法二中,偶联反应采用的溶剂选自四氢呋喃、二氧六环和甲苯中的一种或多种的混合;
72、18)方法三中,式f所示的化合物与式b所示的化合物的摩尔比为1:3-1:5;
73、19)方法三中,偶联反应采用的溶剂选自四氢呋喃、二氧六环和甲苯中的一种或多种的混合;
79、本发明第三方面提供一种太阳能电池给体材料,包括本发明第一方面的化合物、其立体异构体或其光学异构体,或者本发明第二方面的方法制备的化合物、其立体异构体或其光学异构体;
80、可选地,所述太阳能电池给体材料为有机太阳能电池给体材料,更可选为真空蒸镀型的有机太阳能电池给体材料。
81、本发明第四方面提供一种太阳能电池,包括本发明第一方面的化合物、其立体异构体或其光学异构体,或者本发明第二方面的方法制备的化合物、其立体异构体或其光学异构体,或者本发明第三方面的太阳能电池给体材料。
83、(1)所述太阳能电池为有机太阳能电池,优选为真空蒸镀型的有机太阳能电池,更优选为真空蒸镀型的本体异质结有机太阳能电池;
84、(2)所述太阳能电池包括太阳能电池受体材料,所述太阳能电池受体材料为c70;
85、(3)所述太阳能电池给体材料和太阳能电池受体材料的质量比为1:3;
86、(4)所述太阳能电池给体材料和太阳能电池受体材料通过线)所述太阳能电池包括氧化锡铟导电玻璃衬底层;
91、本发明第六方面涉及本发明第一方面的化合物、其立体异构体或其光学异构体,或者本发明第二方面的方法制备的化合物、其立体异构体或其光学异构体,或者本发明第三方面的太阳能电池给体材料在太阳能电池中的应用;
92、可选地,所述太阳能电池为有机太阳能电池,更可选为真空蒸镀型的有机太阳能电池,进一步可选为真空蒸镀型的本体异质结有机太阳能电池。
94、术语“烷基”指烷烃分子中少掉一个氢原子而成的基团。例如c1-6烷基、c1-4烷基、c1-2烷基;具体实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基等。
95、术语“亚烷基”指烷基中去掉一个氢原子形成的二价基团;其中,“烷基”定义如前述。例如c1-6亚烷基、c1-4亚烷基、c1-2亚烷基。
96、术语“杂芳基”指至少含有一个n、o或s杂原子的具有芳香性的单环或稠环基团。例如5-10元杂芳基、5-8元杂芳基、5-7元杂芳基、5-6元杂芳基;具体实例包括但不限于卟啉基、吡唑基、吡咯基、噻唑基、吡啶基、咪唑基、喹啉基、呋喃基、噻吩基等。
97、术语“烷基硅烷基”指硅烷sih4中的一个、两个或三个氢原子被烷基替代且少掉一个氢原子而成的基团。其中,“烷基”定义如前述。例如一c1-6烷基硅烷基、二c1-6烷基硅烷基、三c1-6烷基硅烷基、三c1-4烷基硅烷基、三c1-2烷基硅烷基;具体实例包括但不限于三甲基硅氧烷、三乙基硅氧烷、三正丙基硅氧烷、三异丙基硅氧烷、二甲基硅氧烷等。
98、术语“芳基”指具有芳香性的单环或稠环基团。例如5-10元芳基、5-8元芳基、5-7元芳基、5-6元芳基;具体实例包括但不限于苯基、萘基、蒽基、菲基等。“芳环”是指具有芳香性的单环或稠环化合物;例如5-10元芳环、5-8元芳环、5-7元芳环、5-6元芳环;具体实例包括苯环、萘环、蒽环等。
101、本发明的化合物、其立体异构体或光学异构体,具有良好的稳定性和优良的光学性能,有利于提高真空蒸镀型有机太阳能电池的光电转换效率。
技术研发人员:谢素原 陈斌文 邓林龙 安明伟 王旭 栾柯 李云飞 曹琨
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