一种全光谱吸收有机光伏电池给体材料及其制备方法和应用

本发明涉及光电材料，具体是一种全光谱吸收有机光伏电池给体材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、有机光伏电池(opv)具有柔性、质量轻、可半透明化等优势非常适用于城市建筑等应用。近年来，研究工作者开发了大量的共轭聚合物结构材料，使得有机太阳能电池器件光电转换效率取得了显著进步。目前高效率的有机光伏电池多采用聚合物给体和非富勒烯小分子受体组成，聚合物由给体和受体两种单元聚合而成，通过形成分子内的电荷转移调控光谱以及电学等性质，而多种情况下其吸收光谱呈现“m”型，即有一段光谱的吸收变弱，这对于有机光伏电池来说是不利的。

2、对于高性能的聚合物有机光伏电池器件来说，兼顾能级、堆积、电学等性质的同时提高聚合物光伏材料弱吸收区域的吸收强度可以进一步提高有机太阳能电池器件的效率。因此，本发明人尝试将合适的第三组分给体或者受体在合成聚合物的时候加入，通过与主体分子间的电荷转移使得弱吸收部分吸光增强，并精细调控第三组份的加入量来调控吸收增强的强度和范围，从而形成性能优异的全光谱吸收聚合物给体材料。通过器件的表征制备筛选出第三组分单元及用量以达到最优性能的聚合物给体材料。该材料的制备与原聚合物材料制备非常相似成本低廉具有显著优势，将更有利于有机太阳能电池技术的提升和商业化推广。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种全光谱吸收有机光伏电池给体材料及其制备方法和应用，本发明所采取的技术方案如下：

2、一种全光谱吸收有机光伏电池给体材料，所述材料包括如式(i)所示的受体-给体1-给体2构造，和/或，如式(ii)所示的给体-受体1-受体2构造；

3、

4、其中a为受体单元，d为给体单元，x为含量百分比，n为2-100的自然数。

5、进一步的，所述x取值范围为1％-99％。

6、进一步的，所述的式ⅰ中d1和d2为不同强度的给电子结构，所述的d1和d2选自以下结构中的两种：

7、

8、其中，*为连接位置；c是碳原子；h是氢原子；o是氧原子；n是氮原子；f是氟原子；cl是氯原子。

9、所述的式ⅱ中a1和a2为不同强度的受电子结构，所述的a1和a2选自以下结构中的两种：

10、

11、其中，*为连接位置；c是碳原子；h是氢原子；o是氧原子；n是氮原子；f是氟原子；cl是氯原子。

12、上述方案中的给体材料廉价易得，主要填补给体-受体共聚物中部分波段光谱吸收低等问题，使得聚合物吸收光谱在响应波段呈全光谱吸收，显著提高有机光伏器件的光电转换效率，

13、还提供上述全光谱吸收有机光伏电池给体材料的制备方法：将两种带硼酸酯或三甲基锡官能团的d1、d2给体，以及带溴的a受体单元加入到三口瓶中，加入除氧后的甲苯和碳酸钾水溶液，然后加入四三苯基膦钯反应，经萃取洗涤、干燥、过滤浓缩后，柱层析提纯得到产物；其中所述的给体d1、d2总量与受体a的摩尔比为1：1，受体a在甲苯溶剂中溶质浓度范围为1～40mg/ml，碳酸钾水溶液的浓度为2m，与甲苯溶剂的体积比为(1～20):1；

14、或者，将两种带溴的a1、a2受体和带硼酸酯的d给体单元加入到三口瓶中，加入除氧后的甲苯和碳酸钾水溶液，然后加入四三苯基膦钯反应，经萃取洗涤、干燥、过滤浓缩后，柱层析提纯得到中间体；其中受体a1、a2总量与给体d的摩尔比为1：1，给体d在甲苯溶剂中溶质浓度范围为1～40mg/ml，碳酸钾水溶液的浓度为2m，与甲苯溶剂的体积比为(1～20):1。

15、本发明进一步提供上述的全光谱吸收有机光伏电池给体材料的应用：所述的给体材料作为活性层材料或第三组分应用于二元、多元或叠层等有机太阳能电池器件。

16、本发明的有益效果如下：

17、(1)本发明的给体材料光谱吸收范围可调，即采用不同强度给电子单元和不同受电子单元，通过聚合可以简单的实现材料光谱吸收的调控；

18、(2)利用另一种吸电子能力或给电子能力的互补单体共聚，通过调控单元的百分比含量精细调控光谱的吸收，填补原光谱吸收较弱的部分实现全光谱吸收提升材料的吸光性；

19、(3)该材料作为电子给体材料应用于有机光伏器件，提光电转换效率，而且材料共聚采用常规聚合的方法具有简便的优点，其在光伏领域具有潜在的应用价值。

技术特征：

1.一种全光谱吸收有机光伏电池给体材料，其特征在于，所述材料包括如式(i)所示的受体-给体1-给体2构造，和/或，如式(ii)所示的给体-受体1-受体2构造；

2.根据权利要求1所述的一种全光谱吸收有机光伏电池给体材料，其特征在于：所述x取值范围为1％-99％。

3.根据权利要求1所述的一种全光谱吸收有机光伏电池给体材料，其特征在于：式(i)中d1和d2为不同强度的给电子结构，所述的d1和d2选自以下七种结构中的任意两种：

4.根据权利要求1所述的一种全光谱吸收有机光伏电池给体材料，其特征在于：式(ii)中a1和a2为不同强度的受电子结构，所述的a1和a2选自以下七

5.如权利要求1-4任一项所述的全光谱吸收有机光伏电池给体材料的制备方法，其特征在于：将两种带硼酸酯或三甲基锡官能团的d1、d2给体，以及带溴的a受体单元加入到三口瓶中，加入除氧后的甲苯和碳酸钾水溶液，然后加入四三苯基膦钯反应，经萃取洗涤、干燥、过滤浓缩后，柱层析提纯得到产物。

6.如权利要求1-4任一项所述的全光谱吸收有机光伏电池给体材料的制备方法，其特征在于：将两种带溴的a1、a2受体和带硼酸酯的d给体单元加入到三口瓶中，加入除氧后的甲苯和碳酸钾水溶液，然后加入四三苯基膦钯反应，经萃取洗涤、干燥、过滤浓缩后，柱层析提纯得到中间体。

7.根据权利要求5所述的全光谱吸收有机光伏电池给体材料的制备方法，其特征在于：所述的给体d1、d2总量与受体a的摩尔比为1：1；受体a在甲苯溶剂中溶质浓度范围为1～40mg/ml；碳酸钾水溶液的浓度为2m，与甲苯溶剂的体积比为(1～20):1。

8.根据权利要求6所述的全光谱吸收有机光伏电池给体材料的制备方法，其特征在于：所述的受体a1、a2总量与给体d的摩尔比为1：1；给体d在甲苯溶剂中溶质浓度范围为1～40mg/ml；碳酸钾水溶液的浓度为2m，与甲苯溶剂的体积比为(1～20):1。

9.如权利要求1-4任一项所述的全光谱吸收有机光伏电池给体材料的应用，其特征在于：所述的给体材料作为活性层材料或第三组分应用于二元、多元或叠层等有机太阳能电池器件。

技术总结本发明提供一种全光谱吸收有机光伏电池给体材料及其制备方法和应用，该全光谱吸收有机光伏电池给体材料，包括如式（）所示的受体‑给体1‑给体2构造，和/或，如式（）所示的给体‑受体1‑受体2构造；本发明通过引入第二受体或第二给体填补原光谱中的缺陷部分，形成全光谱内强吸收，并能精细的调控能级等电学性质，提高有机光伏电池活性层的光吸收；采用该给体材料制备的有机光伏器件具有较高的光电转化效率，在光伏领域具有潜在的应用价值。技术研发人员：汪洋,王舜,李俊,金辉乐,王娟,陈亦皇受保护的技术使用者：温州大学新材料与产业技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/2