一种基于苯并酰亚胺的受体材料及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于光伏材料技术领域，具体涉及一种基于苯并酰亚胺的受体材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.目前主要的绿色、清洁能源包括太阳能、生物能、地热能、海洋能等，其中太阳能资源储量丰富、安全可靠、绿色无污染。有机光伏电池(简称opv)可将太阳能转化为电能，且具有质轻、颜色可调和可卷对卷打印生产等优点，因此制备价廉、高效、大面积的opv一直是人们追求的目标，在全球学术界和工业界受到广泛的关注。随着高效光伏材料和诸如界面工程、溶剂工程和添加剂工程等技术的迭代升级，聚合物给体和非富勒烯小分子受体(smas)的体异质结(bhj)opv在降低成本和提高效率方面表现出很大的潜力，其中，受体材料可影响其应用的opv的光电转换效率(pce)。然而目前，受体材料的种类较为单一，一定程度上限制了太阳能电池的应用和发展。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种新型的基于苯并酰亚胺的受体材料，在太阳能电池中有良好的应用前景。
4.本发明还提出一种基于苯并酰亚胺的受体材料的制备方法。
5.本发明还提出一种光伏器件用活性材料。
6.本发明还提出一种光伏器件。
7.本发明还提出一种光伏器件的制备方法。
8.本发明还提出了上述基于苯并酰亚胺的受体材料的应用。
9.本发明的第一方面，提出了一种基于苯并酰亚胺的受体材料，其化学式如式i所示：
[0010][0011]
其中，r选自取代或未取代的c
1～30
的烷基、取代或未取代的c
1～30
的烷氧基、取代或未取代的c
2～30
的烯基、取代或未取代的c
2～30
的炔基、取代或未取代的c
6～30
的芳基；
[0012]
a1和a2独立地选自取代或未取代的c
6～30
的芳基、取代或未取代的c
6～30
的杂芳基、取代或未取代的c
8～30
的稠合芳基的环状基团、取代或未取代的c
6～30
的稠合杂芳基的环状基
团、取代或未取代的c
4～30
的杂环基。
[0013]
根据本发明实施例的基于苯并酰亚胺的受体材料，至少具有以下有益效果：
[0014]
本发明中的基于苯并酰亚胺的受体材料(简称dtp-4x)是一种新型受体材料，是一种苯并酰亚胺双苯并噻二唑稠环非富勒烯受体材料，将其应用于太阳能电池中，所得太阳能电池的短路电流大、光电转化效率高。具体地，所述基于苯并酰亚胺的受体材料中两个苯并酰亚胺吸电子能力较强的受体基团可以使受体的homo水平更低。同时，引入大π共轭核的平面分子构象有利于增强分子间π-π相互作用。将包括该受体材料的活性层制备opv，可极大地提高了器件电荷分离与传输效率，实现了效率超过17％的有机太阳能电池，对制备大面积、高效率电池器件具有重要意义。
[0015]
三元策略同时兼顾了单异质结电池的简单工艺和叠层器件对光子较强的捕获能力，是提升有机太阳能电池性能行之有效的方法之一，各组分材料间的相互作用(如受体和给体间的匹配性等)对器件性能的影响十分重要。将本发明中的基于苯并酰亚胺的受体材料作为第三组分应用于三元有机光伏电池器件(如三元opv)中，能够有效提高包括该受体材料的太阳能电池的开路电压和光电转化效率，该受体材料可与给体材料(如传统的给体)相配合得到的活性层，在紫外-可见区域(600-900nm)具有更强的吸收，且与常见给体的lumo能级差更小，匹配度更优，有利于调控太阳能电池活性层的微观膜形貌，从而可有效提高大面积有机光伏电池器件的能量转换效率。以所述基于苯并酰亚胺的受体材料作为第三组分应用于三元有机光伏电池器件中，所得其器件效率明显比二元材料体系器件的效率高，开路电压voc、填充因子ff、短路电流jsc均得到明显提高，获得了更高的光电转化效率。
[0016]
在本发明的一些实施方式中，所述基于苯并酰亚胺的受体材料为固体。
[0017]
在本发明的一些实施方式中，所述r选自取代或未取代的c
1～15
的烷基、取代或未取代的c
1～15
的烷氧基、取代或未取代的c
2～10
的烯基、取代或未取代的c
2～15
的炔基、取代或未取代的c
6～15
的芳基。
[0018]
在本发明的一些实施方式中，所述r选自c
6～15
的烷基、c
6～15
的烷氧基。
[0019]
在本发明的一些实施方式中，所述r选自c
8～15
的烷基、c
8～15
的烷氧基。
[0020]
在本发明的一些实施方式中，所述a1和a2独立地选自如下所示基团中的一种：
[0021][0022]
其中，x1和x2每次出现，独立地选自h、卤素、氰基、卤素取代或未取代的c
1～30
的烷基、卤素取代或未取代的c
1～30
的烷氧基；r’选自h、卤素取代或未取代的c
1～30
的烷基、卤素取代或未取代的c
1～30
的烷氧基。
[0023]
在本发明的一些实施方式中，x1和x2每次出现，独立地选自氟、氯、溴或碘。
[0024]
在本发明的一些实施方式中，所述基于苯并酰亚胺的受体材料的化学式如式i’所
示：
[0025][0026]
其中，x1和x2每次出现，独立地选自卤素、c
1～3
的烷基。
[0027]
在本发明的一些实施方式中，所述基于苯并酰亚胺的受体材料的化学式如式i”所示：
[0028][0029]
其中，x1和x2每次出现，独立地选自氟、氯、溴或碘。
[0030]
在本发明的一些实施方式中，x1和x2每次出现，独立地选自氟或氯。
[0031]
在本发明的一些实施方式中，所述基于苯并酰亚胺的受体材料选自以下化学式中的至少一种：
[0032]
[0033][0034]
式
ⅰ‑
1化合物，简称phitz-4f；式
ⅰ‑
2化合物，简称phitz-4cl。
[0035]
在本发明的一些实施方式中，所述基于苯并酰亚胺的受体材料的homo能级约为(-5.85)ev-(-5.68)ev；如为-5.76ev。
[0036]
在本发明的一些实施方式中，所述基于苯并酰亚胺的受体材料的lumo能级约为(-4.15)ev-(-4.01)ev；如为-4.08ev。
[0037]
本发明的第二方面，提出了一种基于苯并酰亚胺的受体材料的制备方法，包括如下步骤：式ⅱ化合物与含a1基团的h-a
1-h、含a2基团的h-a
2-h，反应，制得所述基于苯并酰亚胺的受体材料，其中，化合物ⅱ的结构式如下所示：
[0038][0039]
根据本发明实施例的基于苯并酰亚胺的受体材料的制备方法，至少具有以下有益效果：
[0040]
本发明中的基于苯并酰亚胺的受体材料是一种苯并酰亚胺双苯并噻二唑稠环非富勒烯受体材料，将包括该受体材料的活性层制备opv，可极大地提高了器件电荷分离与传输效率，实现了效率超过17％的有机太阳能电池，对制备大面积、高效率电池器件具有重要意义。以所述基于苯并酰亚胺的受体材料作为第三组分应用于三元有机光伏电池器件中，所得其器件效率明显比二元材料体系器件的效率高，开路电压voc、填充因子ff、短路电流jsc均得到明显提高，获得了更高的光电转化效率。
[0041]
在本发明的一些实施方式中，式ⅱ化合物与h-a
1-h、h-a
2-h发生knoevenagel反应。
[0042]
在本发明的一些实施方式中，所述h-a
1-h、h-a
2-h独立地选自如下化合物中的至少一种：
[0043][0044]
在本发明的一些实施方式中，所述h-a
1-h、h-a
2-h均为5,6-二卤-3-(二氰基亚甲基)靛酮。
[0045]
在本发明的一些实施方式中，所述5,6-二卤-3-(二氰基亚甲基)靛酮包括5,6-二氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮(cas：2083617-82-5)和5,6-二氯-3-(二氰基亚甲基)靛酮(cas:2197167-50-1)中的至少一种。
[0046]
在本发明的一些实施方式中，所述h-a
1-h与h-a
2-h相同，式ⅱ化合物与h-a
1-h、h-a
2-h的物质的量之比为(0.15-0.5):0.5:0.5，可选为(0.25-0.35):0.5:0.5。
[0047]
在本发明的一些实施方式中，所述h-a
1-h与h-a
2-h相同，式ⅱ化合物与h-a
1-h的物质的量之比为(0.15-0.5):1，可选为(0.25-0.35):1。
[0048]
在本发明的一些实施方式中，式ⅱ化合物与h-a
1-h、h-a
2-h于溶剂ⅰ中进行。
[0049]
在本发明的一些实施方式中，所述溶剂ⅰ包括氯仿、甲苯、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、1,4-二氧六环或二甲亚砜中的至少一种。
[0050]
在本发明的一些实施方式中，式ⅱ化合物与溶剂ⅰ的用量之比为(5-8.5)mmol:1l，可选为(5.5-7)mmol:1l，例如具体可以是约5.8mmol:1l。
[0051]
在本发明的一些实施方式中，式ⅱ化合物与h-a
1-h、h-a
2-h于催化剂ⅰ的作用下进行。
[0052]
在本发明的一些实施方式中，所述催化剂ⅰ包括吡啶。催化剂ⅰ的作用包括可提供弱碱性的反应条件。
[0053]
在本发明的一些实施方式中，式ⅱ化合物与催化剂ⅰ的用量之比为(0.08-0.2)mmol:1ml，可选为(0.10-0.14)mmol:1ml，例如具体可以是约0.116mmol:1ml。
[0054]
在本发明的一些实施方式中，式ⅱ化合物与h-a
1-h、h-a
2-h的反应在保护气氛中进行。
[0055]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：取式ⅱ化合物、h-a
1-h、h-a
2-h、溶剂ⅰ，加入催化剂ⅰ，于保护气氛下回流反应，得到所述基于苯并酰亚胺的受体材料。
[0056]
在本发明的一些实施方式中，所述回流时间为7-20h；可选为10-14h；例如具体可以是约12h。
[0057]
在本发明的一些实施方式中，回流反应后，得到反应后的混合物ⅰ，纯化，得到所述受体材料。
[0058]
在本发明的一些实施方式中，所述纯化包括将反应后的混合物ⅰ和提纯溶剂ⅰ混合，析出受体材料的粗产物，柱层析分离，得到所述受体材料。
[0059]
在本发明的一些实施方式中，所述提纯溶剂ⅰ包括甲醇。
[0060]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括制备式ⅱ化合物，具体包括如下操作：取式ⅲ化合物，经甲酰化反应，制得式ⅱ化合物，其中，化合物ⅲ的结构式如下所示：
[0061][0062]
在本发明的一些实施方式中，制备式ⅱ化合物，具体包括如下操作：取式ⅲ化合物、n,n-二甲基甲酰胺和三氯氧磷，经甲酰化反应，制得式ⅱ化合物。
[0063]
在本发明的一些实施方式中，式ⅲ化合物与n,n-二甲基甲酰胺的用量之比为(0.005-0.03)mmol:1ml，可选为(0.01-0.02)mmol:1ml，例如具体可以是约0.018mmol:1ml。
[0064]
在本发明的一些实施方式中，式ⅲ化合物与三氯氧磷的用量之比为(0.20-0.40)mmol:1ml，可选为(0.28-0.32)mmol:1ml，例如具体可以是约0.3mmol:1ml。
[0065]
在本发明的一些实施方式中，制备式ⅱ化合物，具体包括如下操作：于含式ⅲ化合物和n,n-二甲基甲酰胺的混合物中，加入三氯氧磷进行混合，依次进行第一阶段搅拌和第二阶段搅拌，得到式ⅱ化合物。
[0066]
在本发明的一些实施方式中，所述混合过程中和第一阶段搅拌的温度为(-10)℃-5℃；可选为(-5)℃-1℃；例如具体可以是约0℃。
[0067]
在本发明的一些实施方式中，第一阶段搅拌的时长为0.2-3h；可选为0.5-1.5h；例如具体可以是约1h。
[0068]
在本发明的一些实施方式中，第二阶段搅拌的温度为70-110℃；可选为80-100℃；例如具体可以是约90℃。
[0069]
在本发明的一些实施方式中，第二阶段搅拌的时长为5-20h；可选为8-14h；例如具体可以是约10h。
[0070]
通过上述实施方式，通过调控n,n-二甲基甲酰胺、三氯氧磷的加料顺序，以及两个阶段不同温度的搅拌，可依次完成n,n-二甲基甲酰胺和三氯氧磷反应，生成强亲电子的维尔斯迈尔中间体，之后该中间体和式iii化合物进行亲电取代反应。
[0071]
在本发明的一些实施方式中，经甲酰化反应，得到反应后的混合物ⅱ，纯化，得到式ⅱ化合物。
[0072]
在本发明的一些实施方式中，所述纯化包括对反应后的混合物ⅱ进行萃取、硅胶柱层析。
[0073]
在本发明的一些实施方式中，所述萃取采用的萃取剂包括二氯甲烷。
[0074]
在本发明的一些实施方式中，所述萃取和所述硅胶柱层析的步骤之间还包括去除萃取相中的萃取剂；其中去除方法可选地包括旋蒸。
[0075]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括制备式ⅲ化合物，具体包括如
下操作：式ⅳ化合物与噻吩硼酸酯反应，得到式ⅲ化合物；其中，化合物ⅳ的结构式如下所示：
[0076][0077]
其中，x3选自氟、氯、溴或碘。
[0078]
在本发明的一些实施方式中，x3为溴。
[0079]
在本发明的一些实施方式中，式ⅳ化合物与噻吩硼酸酯的物质的量之比为1:(1-4.5)，可选为1:(2-3.5)，例如具体可以是约1:2.5。
[0080]
在本发明的一些实施方式中，式ⅳ化合物与噻吩硼酸酯于磷酸钾的作用下进行。
[0081]
在本发明的一些实施方式中，式ⅳ化合物与磷酸钾的物质的量之比为1:(1-4.5)，可选为1:(2-4)。
[0082]
在本发明的一些实施方式中，式ⅳ化合物与噻吩硼酸酯发生反应的反应温度为70-130℃。
[0083]
在本发明的一些实施方式中，式ⅳ化合物与噻吩硼酸酯发生反应的反应时间为8-36h，可选为16-30h。
[0084]
在本发明的一些实施方式中，式ⅳ化合物与噻吩硼酸酯于溶剂ⅱ中进行。
[0085]
在本发明的一些实施方式中，所述溶剂ⅱ包括四氢呋喃、氯仿、甲苯、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、1,4-二氧六环或二甲亚砜中的至少一种。
[0086]
在本发明的一些实施方式中，式ⅳ化合物与噻吩硼酸酯的反应体系中，式ⅳ化合物的加料浓度为：0.02-1mol/l。若无特殊说明，本发明中的加料浓度指假定不发生反应时的浓度。
[0087]
在本发明的一些实施方式中，式ⅳ化合物与噻吩硼酸酯的反应在保护气氛中进行。
[0088]
在本发明的一些实施方式中，制备式ⅲ化合物具体包括如下操作：取式ⅳ化合物与噻吩硼酸酯、溶剂ⅱ，加入磷酸钾，加入四(三苯基膦)钯，反应，得到式ⅲ化合物。
[0089]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括制备式ⅳ化合物，具体包括如下操作：取式
ⅴ
化合物、ddq和tfoh，反应，得到式ⅳ化合物；
[0090]
其中，式
ⅴ
化合物的结构式如下所示：
[0091][0092]
在本发明的一些实施方式中，式
ⅴ
化合物、ddq和tfoh的物质的量之比为1:(1.5-3.2):(1.5-3.2)。
[0093]
在本发明的一些实施方式中，在制备式ⅳ化合物步骤中，所述反应是在溶剂ⅲ中进行。优选地，溶剂ⅲ为有机溶剂。
[0094]
在本发明的一些实施方式中，溶剂ⅲ包括四氢呋喃、氯仿、甲苯、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、1,4-二氧六环或二甲亚砜中的至少一种，具体可以是二氯甲烷dcm。
[0095]
在本发明的一些实施方式中，式
ⅴ
化合物于体系中的浓度为0.02-0.27mmol/ml。
[0096]
在本发明的一些实施方式中，在制备式ⅳ化合物步骤中，所述反应的反应时间为8-20h，可选为10-14h；例如具体可以是约12h。
[0097]
在本发明的一些实施方式中，在制备式ⅳ化合物步骤中，所述反应的反应温度为(-5)-5℃，例如具体可以是约0℃。
[0098]
在本发明的一些实施方式中，在制备式ⅳ化合物步骤中，经反应后得到反应后的混合物ⅲ，纯化，得到式ⅳ化合物。
[0099]
在本发明的一些实施方式中，所述纯化包括对反应后的混合物ⅲ进行萃取、硅胶柱层析。
[0100]
在本发明的一些实施方式中，所述萃取采用的萃取剂包括二氯甲烷。
[0101]
在本发明的一些实施方式中，所述萃取和所述硅胶柱层析的步骤之间还包括去除萃取相中的萃取剂；其中，去除方法可选地包括旋蒸。
[0102]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括制备式
ⅴ
化合物，具体包括：取式ⅵ化合物和式ⅶ化合物，经偶联反应，制得式
ⅴ
化合物，其中，式ⅵ化合物和式ⅶ化合物的结构式如下所示：
[0103][0104]
其中，x4选自氟、氯、溴或碘。
[0105]
在本发明的一些实施方式中，x4为溴。
[0106]
在本发明的一些实施方式中，式ⅵ化合物和式ⅶ化合物的物质的量之比为1:(1-5)，可选为1:(2-3.5)，例如具体可以是约1:2.5。
[0107]
在本发明的一些实施方式中，在制备式
ⅴ
化合物步骤中，所述偶联反应是在溶剂ⅳ中进行。优选地，溶剂ⅳ为有机溶剂。
[0108]
在本发明的一些实施方式中，溶剂ⅳ包括四氢呋喃、氯仿、甲苯、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、1,4-二氧六环或二甲亚砜中的至少一种，具体可以是四氢呋喃。
[0109]
在本发明的一些实施方式中，在制备式
ⅴ
化合物步骤中，所述偶联反应的反应时间为8-20h，可选为10-14h；例如具体可以是约12h。
[0110]
在本发明的一些实施方式中，在制备式
ⅴ
化合物步骤中，所述偶联反应的反应温度为70-130℃，例如具体可以是110℃。
[0111]
在本发明的一些实施方式中，式ⅵ化合物和式ⅶ化合物于磷酸钾的作用下进行。
[0112]
在本发明的一些实施方式中，式ⅵ化合物与磷酸钾的物质的量之比为1:(1-4.5)，可选为1:(2-3.5)。
[0113]
在本发明的一些实施方式中，式ⅵ化合物于所述偶联反应的反应体系中的浓度为0.02-1.5mmol/l。式ⅶ化合物于所述偶联反应的反应体系中的浓度为0.02-1mmol/l。
[0114]
若无特殊说明，本发明中的加料浓度指假定不发生反应时的浓度。
[0115]
在本发明的一些实施方式中，所述偶联反应于保护气氛中进行。
[0116]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：
[0117]
s1，取式ⅵ化合物和式ⅶ化合物，经偶联反应，制得式
ⅴ
化合物；
[0118]
s2，取式
ⅴ
化合物、ddq和tfoh，反应，得到式ⅳ化合物；
[0119]
s3，式ⅳ化合物与噻吩硼酸酯反应，得到式ⅲ化合物；
[0120]
s4，取式ⅲ化合物，经甲酰化反应，制得式ⅱ化合物；
[0121]
s5，取式ⅱ化合物与h-a
1-h、h-a
2-h，反应，制得所述基于苯并酰亚胺的受体材料。
[0122]
反应过程如下所示：
[0123][0124]
通过上述实施方式，本发明中受体材料的制备方法，反应条件温和，操作简单，制备溶剂包括环保溶剂，易实现扩大化生产，可有效降低所述受体材料以及包括所述受体材料的有机光伏电池的生产成本。
[0125]
本发明的第三方面，提出了一种光伏器件用活性材料，包括受体材料ⅰ，所述受体
材料ⅰ为上述的基于苯并酰亚胺的受体材料。
[0126]
在本发明的一些实施方式中，所述光伏器件用活性材料还包括给体材料和受体材料ⅱ。
[0127]
在本发明的一些实施方式中，所述给体材料包括pm6(cas：1802013-83-7)、pbdb-t、d17-cl、d18或ptq-10等聚合物给体材料中的至少一种；和/或，所述受体材料ⅱ包括y6、l8-bo(cas：2668341-40-8)、btp-4cl或btp-ec9等小分子受体材料中的至少一种。
[0128]
在本发明的一些实施方式中，所述给体材料包括pm6、pbdb-t、d17-cl、d18或ptq-10中的至少一种；所述受体材料ⅱ包括y6、l8-bo、btp-4cl或btp-ec9中的至少一种。
[0129]
在本发明的一些实施方式中，所述给体材料、所述基于苯并酰亚胺的受体材料和所述受体材料ⅱ的质量比为1:(0.02-0.7):(0.6-2)。
[0130]
本发明的第四方面，提出了一种光伏器件，包括上述基于苯并酰亚胺的受体材料或上述光伏器件用活性材料。
[0131]
在本发明的一些实施方式中，所述光伏器件为光伏电池。
[0132]
在本发明的一些实施方式中，所述光伏电池为有机光伏电池。
[0133]
在本发明的一些实施方式中，所述光伏电池的面积为0.5-100cm2，可选为25-100cm2，例如可以是边长≥1cm的正方形。
[0134]
在本发明的一些实施方式中，所述光伏器件包括活性层，所述活性层包括所述苯并酰亚胺的受体材料。
[0135]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层还包括给体材料和受体材料ⅱ。
[0136]
通过上述实施方式，光伏器件为含上述基于苯并酰亚胺的受体材料、给体材料和受体材料ⅱ的三元体系材料的活性层的光伏器件。当光伏器件为有机光伏电池时，由于活性层中受体和给体之间的协同配合，可显著提升所得有机光伏电池的开路电压，并最终提升其光电转化效率。
[0137]
本发明采用了所述的基于苯并酰亚胺的受体材料，制备原料廉价、制备方法简单，即该受体材料的成本较低，由此降低了有机光伏电池的成本，对推动大面积有机光伏电池的商业化进程具有重要意义。
[0138]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层中，所述给体材料和所述基于苯并酰亚胺的受体材料的质量比为1:(0.02-0.7)，可选为1:(0.1-0.3)。
[0139]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层中，所述给体材料和所述受体材料ⅱ的质量比为1:(0.6-2)，可选为1:(1.2-1.6)。
[0140]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层中，所述给体材料、所述基于苯并酰亚胺的受体材料和所述受体材料ⅱ的质量比为1:(0.02-0.7):(0.6-2)，优选为1:(0.05-0.2):(1.1-1.25)，更优选为1:0.1:1.2。
[0141]
三元光伏电池中，当给体材料(如pm6)、受体材料ⅱ(如l8-bo)和基于苯并酰亚胺的受体材料(如phitz-4f、phitz-4cl)的质量比为1:1.2:0.1时，相较于其他质量比，所得电池的光电转化效率更高、电池性能更好。
[0142]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层的厚度为50-200nm，可选为80-120nm。
[0143]
在本发明的一些实施方式中，所述光伏器件包括层叠设置的基底、空穴传输层、活性层、电子传输层和第二电极。
[0144]
在本发明的一些实施方式中，所述基底包括层叠设置的衬底和第一电极。所述第一电极远离所述第二电极一侧表面设置衬底。可选地，所述衬底的材质包括玻璃。
[0145]
工业上，为了方便，通常将所述第一电极镀覆在所述衬底上形成中间部件后使用；所述中间部件包括ito玻璃，为ito玻璃基底，其中ito涂层为所述第一电极。
[0146]
在本发明的一些实施方式中，所述基底为ito玻璃基底。ito玻璃基底中的ito涂层为光伏器件的第一电极。
[0147]
在本发明的一些实施方式中，所述空穴传输层的材质包括pedot:pss。
[0148]
在本发明的一些实施方式中，所述空穴传输层的厚度为10-100nm，可选为30-50nm。
[0149]
在本发明的一些实施方式中，所述电子传输层的材质包括pndit-f3n(cas：1800206-46-5)。
[0150]
在本发明的一些实施方式中，所述电子传输层的厚度为5-50nm，可选为10-20nm。
[0151]
在本发明的一些实施方式中，所述第二电极的材质包括ag。
[0152]
在本发明的一些实施方式中，所述第二电极的厚度为50-200nm，可选为100-150nm。
[0153]
本发明的第五方面，提出了一种光伏器件的制备方法，包括如下步骤：在基底表面依次设置空穴传输层、活性层、电子传输层和第二电极。
[0154]
本发明提供的制备方法简单，和传统有机光伏电池的制备相容性良好，因此无需增加额外的设备。
[0155]
在本发明的一些实施方式中，取含有层叠设置的衬底和第一电极的基底，于第一电极表面依次设置空穴传输层、活性层、电子传输层和第二电极。
[0156]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括在设置空穴传输层前，对基底的预处理。
[0157]
在本发明的一些实施方式中，所述预处理步骤包括依次采用玻璃清洗液、超纯水和异丙醇对所述基底进行清洗。可选地，所述清洗的方法包括超声清洗。可选地，在每一种洗涤剂中，所述清洗的时长约为30min。
[0158]
在本发明的一些实施方式中，所述预处理还包括在采用所述玻璃清洗液之前以无水乙醇擦拭所述基底。以提升所述玻璃清洗液对所述基底的浸润性，并去除所述基底上沾附的大面积脏污。
[0159]
在本发明的一些实施方式中，所述清洗还包括在采用所述异丙醇清洗后，再次采用无水乙醇对所述基底进行清洗。以进一步提升所述基底的干净程度。
[0160]
在本发明的一些实施方式中，所述预处理还包括在所述清洗后进行干燥和深度清洁。
[0161]
在本发明的一些实施方式中，所述干燥的方法包括采用氮气吹干；
[0162]
在本发明的一些实施方式中，所述干燥的方法包括在恒温干燥箱中干燥；
[0163]
在本发明的一些实施方式中，所述恒温干燥箱的温度为65-75℃，例如具体可以是约70℃。
[0164]
在本发明的一些实施方式中，所述深度清洁采用的仪器包括紫外臭氧清洗机和plasma等离子清洗机中的至少一种。
[0165]
在本发明的一些实施方式中，所述深度清洁的时长为5-30min。例如具体可以是约10min。
[0166]
在本发明的一些实施方式中，所述空穴传输层的制备原料包括pedot:pss水溶液。可选地，所述pedot:pss水溶液的保存温度为0-10℃，例如具体可以是约5℃。
[0167]
在本发明的一些实施方式中，所述pedot:pss水溶液的浓度为1.3-1.7wt％。例如具体可以是约1.5wt％。
[0168]
在本发明的一些实施方式中，所述空穴传输层的设置方法包括于第一电极表面静态旋转涂覆空穴传输层的制备原料。
[0169]
在本发明的一些实施方式中，所述静态旋转涂覆的转速为4000-5000r/min(转/分钟)。例如具体可以是约4500r/min；
[0170]
在本发明的一些实施方式中，所述静态旋转涂覆的涂覆时长为20-40s，例如具体可以是约30s。
[0171]
在本发明的一些实施方式中，所述pedot:pss水溶液的旋转涂覆的面密度为0.06-0.1ml/cm2(按照所述光伏器件的面积计，如有机光伏电池)；例如具体可以是约0.08ml/cm2。
[0172]
在本发明的一些实施方式中，所述空穴传输层的设置方法还包括所述静态旋转涂覆之后进行退火。
[0173]
在本发明的一些实施方式中，所述空穴传输层的退火温度为140-160℃。例如具体可以是约150℃。
[0174]
在本发明的一些实施方式中，所述空穴传输层的退火时长为10-15min。
[0175]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层的设置方法包括：将包括所述给体材料、所述基于苯并酰亚胺的受体材料和受体材料ⅱ的有机溶液，涂覆至所述空穴传输层表面，退火。
[0176]
在本发明的一些实施方式中，所述有机溶液中，所述给体材料、所述基于苯并酰亚胺的受体材料和受体材料ⅱ的浓度之和为10-25mg/ml，可选为15-18mg/ml。例如具体可以是约17.6mg/ml。
[0177]
在本发明的一些实施方式中，所述有机溶液的溶剂包括甲苯、邻二甲苯、四氢呋喃和三甲苯中的至少一种。例如具体可以是三甲苯。
[0178]
在本发明的一些实施方式中，所述有机溶液的沸点为110-160℃。
[0179]
由此，本发明采用高沸点、环保的溶剂，代替了沸点低、蒸气压低以及剧毒性的氯仿溶剂，为制备大面积有机光伏电池器件提供了环保的加工基础。
[0180]
在本发明的一些实施方式中，所述有机溶液的配置方法包括：将所述给体材料、所述基于苯并酰亚胺的受体材料、受体材料ⅱ与所述溶剂混合，在避光条件下搅拌12-36h。例如具体可以是约24h。
[0181]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层的涂覆在保护气氛中进行。
[0182]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层的涂覆方法包括旋涂。
[0183]
在本发明的一些实施方式中，所述旋涂的转速为2000-6000r/min，可选为3000-4000r/min；例如具体可以是约3500r/min。
[0184]
在本发明的一些实施方式中，所述旋涂的时长为10-100s，可选为30-40s；例如具体可以是约33s。
[0185]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层的涂覆中，所述有机溶液的涂覆面密度为1.1-2.5μl/cm2，可选为1.5-1.8μl/cm2。例如具体可以是约1.6μl/cm2。
[0186]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层的退火，温度为70-110℃，可选为80-100℃。
[0187]
在本发明的一些实施方式中，所述活性层的退火，时长为5-20min，可选为8-15min；例如具体可以是约10min。
[0188]
在本发明的一些实施方式中，所述电子传输层的设置方法包括：将pndit-f3n的溶液涂覆于所述活性层表面。
[0189]
在本发明的一些实施方式中，所述pndit-f3n的溶液中，pndit-f3n的浓度为0.5-3mg/ml，可选为1-2mg/ml。
[0190]
在本发明的一些实施方式中，所述pndit-f3n的溶液，溶剂为甲醇和醋酸的混合物；可选地，所述混合物中，所述醋酸的体积分数为0.2-1％，可选为0.4-0.6％；例如具体可以是约0.5％。
[0191]
在本发明的一些实施方式中，所述电子传输层的涂覆中，所述pndit-f3n的溶液的涂覆面密度为2-5μl/cm2，可选为3-3.5μl/cm2。例如具体可以是约3.2μl/cm2。
[0192]
在本发明的一些实施方式中，所述电子传输层的涂覆，采用的方法为旋涂。
[0193]
在本发明的一些实施方式中，所述旋涂的转速为2000-6000r/min，可选为2000-3000r/min。
[0194]
在本发明的一些实施方式中，所述旋涂的时长为10-100s，可选为30-40s。
[0195]
在本发明的一些实施方式中，所述电子传输层的设置方法包括：将pndit-f3n的溶液涂覆于所述活性层表面，干燥。
[0196]
在本发明的一些实施方式中，所述电子传输层的干燥，方法为自然干燥，即不进行温度和气流的干扰。
[0197]
在本发明的一些实施方式中，所述第二电极的设置方法包括蒸镀。
[0198]
在本发明的一些实施方式中，所述蒸镀的真空度≤10-6
torr。
[0199]
在本发明的一些实施方式中，所述蒸镀的速率为5-10埃/s。具体指每秒蒸镀的厚度。
[0200]
本发明的第五方面，提出了上述基于苯并酰亚胺的受体材料在制备有机光伏电池、有机发光二极管或钙钛矿太阳能电池中的应用。
[0201]
说明和定义
[0202]
在本发明中，除非另有说明，否则本文中所使用的科学和技术名词具有本领域技术人员通常所理解的含义，然而为了更好的理解本发明，下面提供了部分术语的定义。当本发明提供的术语的定义与本领域技术人员所通常理解的含义不相符时，以本发明所提供的术语的定义和解释为准。
[0203]
本文的“保护气氛”中的保护气体包括氮气或惰性气体中的至少一种。
[0204]
本文使用的“取代或未取代的”是指基团可以被或可以不被一个或更多个选自以下的基团进一步取代：烷基、烯基、炔基、芳基、卤素、卤代烷基、卤代烯基、卤代炔基、卤代芳基、羟基、烷氧基、烯氧基、芳氧基、苄氧基、卤代烷氧基、卤代烯氧基、卤代芳氧基、硝基、硝基烷基、硝基烯基、硝基炔基、硝基芳基、硝基杂环基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、烯基氨
基、炔基氨基、芳基氨基、二芳基氨基、苯基氨基、二苯基氨基、苄基氨基、二苄基氨基、肼基、酰基、酰氨基、二酰氨基、酰氧基、杂环基、杂环氧基、杂环基氨基、卤代杂环基、羧基酯、羧基、羧基酰胺、巯基、烷硫基、苄硫基、酰硫基和含磷基团。
[0205]“烷基”是指具有指定碳原子数的支链或直链饱和脂肪族烷烃去掉一个氢衍生的基团。“c
1～30
的烷基”表示碳原子总数为1～30的烷基，包括c
1～30
的直链烷基、c
1～30
的支链烷基和c
3～30
的环烷基；针对“c
1～15
的烷基”等具有与此相似的解释，所不同的是，碳原子数不同。“取代的c
1～30
的烷基”表示c
1～30
的任选的烷基中至少有一个h被本文定义的基团所取代，针对“取代的c
1～15
的烷基”等具有与此相似的解释，所不同的是，碳原子数不同。
[0206]“烷氧基”是指本文所定义的烷基通过氧原子与其他基团相连，即“烷基-o
‑”
。“c
1～30
的烷氧基”表示碳原子总数为1～30的烷氧基，包括c
1～30
的直链烷氧基、c
1～30
的支链烷氧基和c
2～30
的环烷氧基，例如可以为甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基等。针对“c
1～15
的烷氧基”等具有与此相似的解释，所不同的是，碳原子数不同。“取代的c
1～30
的烷氧基”表示c
1～30
的任选的烷氧基中至少有一个h被本文定义的基团所取代，针对“取代的c
1～15
的烷氧基”等具有与此相似的解释，所不同的是，碳原子数不同。
[0207]“卤素”包括氟、氯、溴、碘中的任意一个或两个以上。
[0208]“c
2～30
的烯基”表示具有一个或多个双键的直链或支链的烃基，且烯基的碳原子总数为2～30，基团中的双键可以在任意位置。针对“c
2～10
的烯基”等具有与此相似的解释，所不同的是，碳原子数不同。“取代的c
2～30
的烯基”表示c
2～30
的任选的烯基中至少有一个h被本文定义的基团所取代。针对“取代的c
2～10
的烯基”等具有与此相似的解释，所不同的是，碳原子数不同。
[0209]“c
2～30
的炔基”表示具有一个或多个三键的直链或支链的烃基，且炔基的碳原子总数为2～30，基团中的三键可以在任意位置，“c
2～10
的炔基”等具有与此相似的解释，所不同的是，碳原子数不同。“取代的c
2～30
的炔基”表示c
2～30
的任选的炔基中至少有一个h被本文定义的基团所取代，“取代的c
2～10
的炔基”等具有与此相似的解释，所不同的是，碳原子数不同。
[0210]“c
6～30
的芳基”表示全碳单环或稠合多环基团，具有完全共轭的π电子系统。表示6至30个碳原子的全碳单环或稠合多环基团；例如，苯、萘、茚、芴等。“c
6-15
的芳基”等具有与此相似的解释，所不同的是，碳原子数不同。“取代的c
6～30
的芳基”表示c
6～30
的任选的芳基中有至少一个h被本文定义的相应基团所取代。“取代的c
6-15
的芳基”等具有与此相似的解释，所不同的是，碳原子数不同。
[0211]“c
8～30
的稠合芳基的环状基团”表示芳基和环状基团通过共用环边形成的基团，且稠合芳基的环状基团的碳原子数为8～30。“取代的c
8～30
的稠合芳基的环状基团”表示c
8～30
的任选的稠合芳基的环状基团中至少有一个h被本文定义的基团所取代。
[0212]“c
6～30
的稠合杂芳基的环状基团”表示杂芳基和环状基团通过共用环边形成的基团，且稠合杂芳基的环状基团的碳原子数为6～30。“取代的c
6～30
的稠合杂芳基的环状基团”表示c
6～30
的任选的稠合杂芳基的环状基团中至少有一个h被本文定义的基团所取代。
[0213]“杂环基”是指环烷基中的环碳原子被一个或多个杂原子取代所衍生的饱和环状基团，包括单环或多环杂环基；所述的多环杂环基是指由一个单环杂环基与其他杂环基或环烷基通过螺、桥、稠等方式连接形成的多环基团；所述的杂原子一般选自n、o、s；所述杂环
基中的碳原子或杂原子可以进一步被氧代，即形成c(o)、n(o)、so、so2。
[0214]“c
4～30
的杂环基”表示杂环基的碳原子数为4～30。“取代的c
4～30
的杂环基”表示c
4～30
的任选的杂环基中至少有一个h被本文定义的基团所取代。
[0215]“杂芳基”指环中包含一至多个杂原子的、具有芳香性的单环或多环基团，所述杂原子一般选自n、o、s；优选地，所述的杂原子独立的选自1-3个n和/或o，另外，n原子和s原子可任选被氧化且n原子可任选被季铵化。所述“杂芳基”包括“单环杂芳基”和“稠环杂芳基”，所述的稠环杂芳基是指两个或两个以上环状结构彼此共用两个相邻的原子所形成的包含一至多个杂原子的、整体具有芳香性的基团。
[0216]“c
4～30
的杂芳基”中杂芳基的碳原子数为4～30。“取代的c
4～30
的杂芳基”表示c
4～30
的任选的杂芳基中至少有一个h被本文定义的基团所取代。
[0217]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
[0218]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
[0219]
图1为本发明基于苯并酰亚胺的受体材料的化学通式图；
[0220]
图2为本发明实施例中制备基于苯并酰亚胺的受体材料的流程示意图；
[0221]
图3为本发明实施例3中有机光伏电池器件的结构示意图；
[0222]
图4为本发明实施例3-4中有机光伏电池器件的j-v曲线；
[0223]
图5为图4的部分放大图；
[0224]
图6为本发明实施例3-4中有机光伏电池器件的eqe曲线。
具体实施方式
[0225]
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
[0226]
若无特殊说明，具体实施方式中的温度为室温，即在20～30℃范围内，且对试验结果不会产生明显影响。
[0227]
下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。
[0228]
化合物1、2：购自苏州纳凯有限公司；
[0229]
氧化铟锡(ito)玻璃：优选科技公司，0.7mm 7-9欧，厚0.2mm；
[0230]
给体材料pm6、受体l8-bo：购自朔纶有机光电科技(北京)有限公司；
[0231][0232]
实施例1
[0233]
本实施例公开了一种基于苯并酰亚胺的受体材料pitz-4f，为稠环苯并酰亚胺双苯并噻二唑受体材料，其制备反应过程如下所示：
[0234][0235]
phitz-4f的制备过程包括：
[0236]
(ⅰ)化合物3的合成，包括：在250ml圆底烧瓶中，称取化合物1(2g,5.44mmol)和化合物2(4.64g,13.6mmol)溶于thf(60ml)中，再加入3m k3po4(5ml)thf溶液，置换气体，通氩气15分钟，在氩气保护下将四(三苯基膦)钯pd(pph3)4(0.17g,0.14mmol)加入反应体系中。反应物在110℃下回流24小时。冷却至室温，旋干thf，用二氯甲烷萃取，旋干溶剂得到粗产品，用硅胶柱层析分离提纯，即为化合物3(2.28g，产率66％)；hrms(m/z,maldi):calc.for:c
24h21
br2n5o2s2,[m+h]
+
：635.39，found:634.95。
[0237]
(ⅱ)化合物4的合成，包括：在250ml圆底烧瓶，加入化合物3(2g，3.15mmol)溶于二
氯甲烷(40ml)中，然后加入ddq(2.14g,9.14mmol)和tfoh(1.41g,9.14mmol)。然后在0℃下反应12h。用二氯甲烷萃取，旋干溶剂得到粗产品，用硅胶柱层析分离提纯，得到固体产物，即为化合物4(1.71g，产率86％)；hrms(m/z,maldi):calc.for c
24h19
br2n5o2s2,[m+h]
+
：633.38，found:632.98。
[0238]
(ⅲ)化合物5的合成，包括：在250ml圆底烧瓶中，称取化合物4(1g,1.58mmol)和噻吩硼酸酯(0.83g,3.94mmol)在thf(40ml)中，3m k3po4(5ml)thf溶液，置换气体，通氩气15分钟，在氩气保护下将四(三苯基膦)钯pd(pph3)4(0.17g,0.14mmol)加入反应体系中。反应物在110℃下回流24小时。冷却至室温，旋干thf，用二氯甲烷萃取，旋干溶剂得到粗产品，用硅胶柱层析分离提纯，得到红色固体，即为化合物5(0.83g，产率82％)；hrms(m/z,maldi):calc.for:c
32h25
n5o2s4,[m+h]
+
：639.83，found:639.09。
[0239]
(ⅳ)化合物6的合成，包括：100ml三口烧瓶中，化合物5(0.50g,0.45mmol)和无水n,n-二甲基甲酰胺(25ml)，于0℃下搅拌10min后加入三氯氧磷(1.5ml)。反应液于0℃下搅拌1h后，温度升至90℃搅拌过夜(约10h)，冷却至室温，二氯甲烷萃取，旋干溶剂，用硅胶柱层析分离提纯，得到化合物6(质量0.43g，产率82％)；hrms(m/z,maldi):calc.for:c
34h25
n5o4s4,[m+h]
+
：695.85，found:695.08。
[0240]
(
ⅴ
)受体材料phitz-4f的合成，包括：在100ml圆底烧瓶中，将化合物6(200mg,0.29mmol)和5,6-二氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮(389.2mg,1.01mmol)溶于50ml氯仿中，置换气体3次，氩气保护，边搅拌边缓慢加入2.5ml吡啶，混合液在氩气保护下65℃回流反应12h，冷却至室温，倒入300ml无水甲醇中，抽滤得到受体材料的粗产物，用硅胶柱层析分离提纯，得到深蓝色固体(质量234.99mg,产率73％)。本步骤所得产物的分析结果如下：hrms(m/z,maldi):calc.for:c
58h29
f4n9o4s4,[m+h]
+
：1120.16，found:1119.12。
[0241]
实施例2
[0242]
本实施例公开了一种基于苯并酰亚胺的受体材料phitz-4cl，为稠环苯并酰亚胺双苯并噻二唑受体材料，其制备反应过程与实施例1的区别之处仅在于：步骤s4中，以等物质的量的5,6-二氯-3-(二氰基亚甲基)靛酮替换实施例1的5,6-二氟-3-(二氰基亚甲基)靛酮。
[0243]
所得受体材料的质量为187.66mg，产率约为68％。
[0244]
受体材料的测试结果如下：hrms(m/z,maldi):calc.for:c
58h29
cl4n9o4s4,[m+h]
+
：1185.97，found:1184.99.
[0245]
实施例3
[0246]
本实施例公开了一种有机光伏电池(opv)，其结构示意图如图3所示，其制备过程包括：
[0247]
(ⅰ)ito玻璃的预处理，包括：将面积为5cm
×
5cm的ito玻璃用无水乙醇沾湿的无尘布擦拭后放入装有ito玻璃支架的玻璃容器中，依次使用玻璃清洗液、超纯水、异丙醇、无水乙醇超声清洗，每次超声清洗的时长约为30min，将清洗后的ito玻璃采用氮气枪吹干，之后置于紫外臭氧清洗机清洗30min，放入培养皿中待用。
[0248]
(ⅱ)空穴传输层的制备，包括：室温和空气条件下，将步骤(ⅰ)预处理后的ito玻璃置于旋涂仪吸盘正中间，打开真空泵固定ito玻璃，用洗耳球吹去ito玻璃表面杂质。用2ml规格的注射器将5℃的pedot:pss水溶液(浓度约1.5wt％)铺满ito玻璃表面，设置旋涂仪转
速参数为4500r/min，旋转时间参数为30s，随后打开旋转开关进行旋涂。待旋涂完毕，关掉真空泵取下旋涂上pedot:pss膜的ito玻璃置于温度为150℃的加热台上热退火10min，得到材质为pedot:pss的厚度为40nm的空穴传输层。
[0249]
(ⅲ)活性层的制备，包括：充满氮气的手套箱条件下，将质量比为1:1.2:0.1的pm6、l8-bo和phitz-4f(实施例1制得的受体材料)溶于三甲苯中，配制成pm6、l8-bo和phitz-4f的浓度之和为17.6mg/ml的有机溶液，放入磁子在避光条件下搅拌24h。
[0250]
将步骤(ⅱ)所得部件置于旋涂仪吸盘正中间，打开真空泵固定(空穴传输层一侧朝上)，用洗耳球吹去空穴传输层表面杂质。设置旋涂仪转速参数为3500r/min，旋转时间参数为33s，随后打开旋转开关进行旋涂。用移液枪吸取40μl活性层的有机溶液，待旋涂时间还剩余30s时滴落在空穴传输层的正中间，待旋涂完毕，关掉真空泵取下所得部件，并置于温度为100℃的加热台上热退火10min，得到材质为给体pm6、phitz-4f和受体l8-bo的活性层，活性层厚度为100nm。
[0251]
(ⅳ)电子传输层的制备，包括：室温和空气条件下，将pndit-f3n材料配置成浓度为1mg/ml的pndit-f3n溶液，该溶液的溶剂为甲醇和醋酸的混合，其中溶剂中醋酸的体积浓度为0.5％；
[0252]
在充满氮气的手套箱条件下，将步骤(ⅲ)所得部件置于旋涂仪吸盘正中间，打开真空泵固定(活性层一侧朝上)，用洗耳球吹去活性层表面杂质。设置旋涂仪转速参数为2000r/min，旋转时间参数为33s，随后打开旋转开关进行旋涂。用移液枪吸取80μl的pdnit-f3n溶液待旋涂时间还剩余30s时滴落在活性层的正中间，待旋涂完毕，关掉真空泵取下所得部件，得到材质为pdnit-f3n的电子传输层，电子传输层厚度为40nm。其中，旋涂完毕后还包括干燥步骤。
[0253]
(
ⅴ
)第二电极的制备，包括：采用真空蒸镀方法在步骤(ⅳ)所得部件电子传输层一侧表面蒸镀上厚度为100nm的银电极，蒸镀过程中，真空度参数低于10-6
torr，蒸镀速率为10埃/s。
[0254]
实施例4
[0255]
本实施例公开了一种有机光伏电池(opv)，其与实施例3的不同之处仅在于：以实施例2所得的受体材料phitz-4cl，替换实施例3活性层中来自实施例1的受体材料phitz-4f。
[0256]
实施例5
[0257]
本实施例公开了一种有机光伏电池(opv)，其与实施例3的不同之处仅在于：步骤(ⅲ)活性层的制备中，本实施例中采用的pm6、l8-bo和phitz-4f的质量比为1:0:1.3。
[0258]
对比例1
[0259]
本对比例公开了一种有机光伏电池(opv)，其与实施例3的不同之处仅在于：本对比例opv的活性层不含phitz-4f。即本对比例中的opv的活性层由给体pm6和受体l8-bo组成，也即本对比例中pm6、l8-bo和phitz-4f的质量比为1:1.3:0。
[0260]
试验例
[0261]
本试验例对实施例及对比例得到的有机光伏电池进行了性能测试，具体包括：
[0262]
测试了实施例3、4和对比例1制备的有机光伏电池的性能，具体测试了电流密度曲线和电压曲线，并获取了开路电压v
oc
、短路电流j
sc
、填充因子ff和光电转化效率pce等方面
的结果，同时也测得了实施例5制备的有机光伏电池的光电转化效率。详见图4-6及表1：
[0263]
表1
[0264]
opvv
oc
(v)j
sc
(ma/cm2)ff(％)pce(％)对比例10.8624.6374.8316.69实施例30.8725.5678.6517.50实施例40.8725.6478.7317.61实施例50.8325.0472.7315.11
[0265]
测试结果显示，本发明中的有机光伏电池的开路电压v
oc
可达0.87v以上，填充因子ff可达78％以上，例如可达78.73％，光电转化效率pce可达17％以上，甚至可达17.61％以上。说明本发明提供的有机光伏电池中，包括了所述基于苯并酰亚胺的受体材料，可适用于制备大面积有机光伏电池，所得有机光伏电池的开路电压高、光电转化效率高。将本发明中的基于苯并酰亚胺的受体材料应用于太阳能电池器件中，可有效提升器件的短路电流j
sc
，也即提升太阳能电池输出最大电流，拓宽了太阳能电池应用场景越广阔。
[0266]
本发明中的基于苯并酰亚胺的受体材料作为第三组分受体应用在三元光伏电池中，电池效率明显比二元材料体系的光电转化效率高。其中开路电压voc、填充因子ff、短路电流jsc都有明显提高。。
[0267]
进一步地，表1结果(来自图4的测试)和图6拟合得到的积分短路电流(实施例3：24.38ma/cm2和实施例4：24.54ma/cm2)对比可知，测试值(表1)和拟合值(图6)之间的误差在5％之内，说明本发明提供的有机光伏电池具有高度的可靠性，可以预期的是将在新能源领域广泛应用。
[0268]
若无特殊说明，本发明的“约”实际表示的含义是允许误差在
±
2％的范围内，例如约100实际是100
±
2％
×
100。本发明的“常温”、“室温”，如无特殊说明，约为20-30℃。
[0269]
若无特殊说明，本发明中的“在
……
之间”包含本数，例如“在2～3之间”包括端点值2和3。
[0270]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

技术特征：
1.一种基于苯并酰亚胺的受体材料，其特征在于，其化学式如式i所示：其中，r选自取代或未取代的c
1～30
的烷基、取代或未取代的c
1～30
的烷氧基、取代或未取代的c
2～30
的烯基、取代或未取代的c
2～30
的炔基、取代或未取代的c
6～30
的芳基；a1和a2独立地选自取代或未取代的c
6～30
的芳基、取代或未取代的c
6～30
的杂芳基、取代或未取代的c
8～30
的稠合芳基的环状基团、取代或未取代的c
6～30
的稠合杂芳基的环状基团、取代或未取代的c
4～30
的杂环基。2.根据权利要求1所述的基于苯并酰亚胺的受体材料，其特征在于，所述r选自取代或未取代的c
1～15
的烷基、取代或未取代的c
1～15
的烷氧基、取代或未取代的c
2～10
的烯基、取代或未取代的c
2～15
的炔基、取代或未取代的c
6～15
的芳基。3.根据权利要求1所述的基于苯并酰亚胺的受体材料，其特征在于，所述a1和a2独立地选自如下所示基团中的一种：其中，x1和x2每次出现，独立地选自h、卤素、氰基、卤素取代或未取代的c
1～30
的烷基、卤素取代或未取代的c
1～30
的烷氧基；r’选自h、卤素取代或未取代的c
1～30
的烷基、卤素取代或未取代的c
1～30
的烷氧基。4.根据权利要求1所述的基于苯并酰亚胺的受体材料，其特征在于，所述基于苯并酰亚胺的受体材料的化学式如式i’所示：
其中，x1和x2每次出现，独立地选自卤素、c
1～3
的烷基。5.根据权利要求1所述的基于苯并酰亚胺的受体材料，其特征在于，所述基于苯并酰亚胺的受体材料选自以下化学式中的至少一种：6.一种如权利要求1所述的基于苯并酰亚胺的受体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：式ⅱ化合物与含a1基团的h-a
1-h、含a2基团的h-a
2-h，反应，制得所述基于苯并酰亚胺的受体材料，其中，化合物ⅱ的结构式如下所示：
7.一种光伏器件用活性材料，包括受体材料ⅰ，所述受体材料ⅰ为权利要求1-5任一项所述的基于苯并酰亚胺的受体材料。8.根据权利要求7所述的光伏器件用活性材料，其特征在于，所述光伏器件用活性材料还包括给体材料和受体材料ⅱ；所述给体材料包括pm6、pbdb-t、d17-cl、d18或ptq-10中的至少一种；所述受体材料ⅱ包括y6、l8-bo、btp-4cl或btp-ec9中的至少一种。9.一种光伏器件，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的基于苯并酰亚胺的受体材料或如权利要求7-8任一项所述的光伏器件用活性材料。10.权利要求1-5任一项所述的基于苯并酰亚胺的受体材料在制备有机光伏电池、有机发光二极管或钙钛矿太阳能电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种基于苯并酰亚胺的受体材料及其制备方法与应用。本发明中基于苯并酰亚胺的受体材料的化学式如式I所示，其中，R选自取代或未取代的C


技术研发人员：王行柱 刘志鑫 易伟 王登 唐杰
受保护的技术使用者：深圳普太科技有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/19