本公開總體上涉及用于光電應(yīng)用的材料。

背景技術(shù)：

1、光電裝置依賴于材料的光學(xué)和電子特性以電子地產(chǎn)生或檢測電磁輻射或從環(huán)境電磁輻射發(fā)電。出于多種原因，利用有機(jī)材料的光電裝置變得越來越受歡迎。用于制造這樣的裝置的許多材料相對便宜，因此有機(jī)光電裝置具有優(yōu)于無機(jī)裝置的成本優(yōu)勢的潛力。另外，有機(jī)材料的固有性質(zhì)(例如其柔性)可以使其較適用于特定應(yīng)用，如在柔性襯底上的制造。有機(jī)光電裝置的實(shí)例包括有機(jī)發(fā)光二極管/裝置(oled)、有機(jī)光電晶體管、有機(jī)光伏電池和有機(jī)光電檢測器。

2、由于有機(jī)光伏電池(opv)的柔性、輕量、無毒性質(zhì)和半透明度使其成為建筑物集成應(yīng)用和建筑物施加應(yīng)用的理想選擇，因此近年來已引起對有機(jī)光伏電池的相當(dāng)大的關(guān)注。與通常具有pce＝15-22％的日光功率轉(zhuǎn)換效率的商業(yè)太陽能模塊相比，對于單結(jié)裝置，有機(jī)物已從2016年的10％提高到2019年的17％以上。進(jìn)展一直在朝向以下穩(wěn)步推進(jìn)，單結(jié)熱力學(xué)限制效率為約25％，其中基于多結(jié)電池的效率可能更高。已通過非富勒烯受體(nfa)的開發(fā)加快了這一快速進(jìn)展。

3、所有高性能光伏裝置都展現(xiàn)可接受的再現(xiàn)性水平和較長的工作壽命，其基本特征為其所包含的材料具有高純度。在結(jié)晶si光伏電池中，si的化學(xué)純度在其性能方面是重要的限制因素。外部雜質(zhì)的引入可通過產(chǎn)生晶格應(yīng)變或通過形成間隙和置換式缺陷而引起導(dǎo)電性的顯著變化。結(jié)果，源材料純度的精確控制是提高光伏效率和可靠性的常見策略。

4、與無機(jī)光伏相比，理解雜質(zhì)對有機(jī)光伏(opv)的影響幾乎沒有受到關(guān)注，盡管雜質(zhì)潛在地對性能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。事實(shí)上，合成過程中殘留的分子雜質(zhì)或裝置運(yùn)行過程中分解產(chǎn)生的分子雜質(zhì)會極大地影響原始o(jì)pv材料的內(nèi)在光學(xué)和電學(xué)特性(馬特克爾(mateker,w.r.)等人.能源與環(huán)境科學(xué)(energy?environ.sci.)6,2529-2537(2013)；薩爾茨曼(salzman,r.f.)等人.有機(jī)電子學(xué)(org.electron.)6,242-246(2005)；泰特羅(tetreault)等人,有機(jī)電子學(xué).92,106091(2021))。一個實(shí)例是富勒烯受體c60在opv運(yùn)行期間中出現(xiàn)光誘導(dǎo)二聚化產(chǎn)物，從而降低了激子壽命和擴(kuò)散長度，導(dǎo)致裝置壽命顯著縮短(王(wang,n.)等人,太陽能材料和太陽能電池(sol.energy?mater.sol.cells)125,170-175(2014))。除了這些變化之外，雜質(zhì)還可破壞分子固體的結(jié)晶次序(佛利斯特(forrest,s.r.)等人,應(yīng)用物理學(xué)雜志(j.appl.phys.)56,543-551(1984))，從而降低電荷載流子遷移率和電池功率轉(zhuǎn)換效率(pce)。因此，必須非常小心地去除源材料中的污染物，且避免材料在裝置制備和運(yùn)行過程中分解。

5、近年來，包含一個供體和兩個受體或一個受體和兩個供體的三元共混opv引起了人們的極大興趣(陸(lu,l.)等人,自然光子學(xué)(nat.photonics)8,716-722(2014)；加斯帕里尼(gasparini,n.)等人,自然評論材料雜志(nat.rev.mater.)4,229-242(2019)；于(yu,r.)等人,先進(jìn)能源材料雜志(adv.energy?mater.)8,1702814(2018)；李(li,y.)等人.美國化學(xué)會志(j.am.chem.soc.)141,18204-18210(2019)；李(li,y.)等人.先進(jìn)材料(adv.mater.)30,1804416(2018))。與傳統(tǒng)的二元組件裝置相比，在本體異質(zhì)結(jié)(bhj)層中引入第三分子物質(zhì)可增加太陽光譜覆蓋范圍、減少能量損失并顯著提高opv效率。特別是受體(a)-供體(d)-受體(a)非富勒烯受體(nfa)的快速發(fā)展，使得包含兩種nfa和一種聚合物供體的三元共混opv在1太陽光強(qiáng)度、am?1.5g光照下的pce接近20％(崔(cui,y.)等人.先進(jìn)材料.33,2102420(2021)；左(zuo,l.)等人.自然納米技術(shù)(nat.nanotechnol.)17,53-60(2022)；戰(zhàn)(zhan,l.)等人.先進(jìn)能源材料雜志.12,2201076(2022)；霍特馬克(hultmark,s.)等人.先進(jìn)功能材料(adv.funct.mater.)30,2005462(2020))。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在一個方面，本公開涉及式(i)化合物：

2、

3、其中：

4、d表示三至二十五個環(huán)d'的線性環(huán)系統(tǒng)；其中每個環(huán)d'獨(dú)立地為單環(huán)或多環(huán)稠合環(huán)系統(tǒng)；其中每個環(huán)d'是5元至10元碳環(huán)或雜環(huán)；其中每個環(huán)d'稠合至相鄰環(huán)d'或通過單鍵鍵結(jié)至相鄰環(huán)d'；且其中每個環(huán)d'任選地被一或多個取代基r取代；

5、l為共價鍵結(jié)至末端環(huán)d'和a的二價連接基團(tuán)；且

6、a為選自由以下組成的群組的受體基團(tuán)：

7、

8、其中ar1為芳環(huán)或雜芳環(huán)；

9、*表示與l的鍵；

10、r在每次出現(xiàn)時獨(dú)立地表示氫或選自由以下組成的群組的取代基：氘、鹵素、烷基、環(huán)烷基、雜烷基、雜環(huán)烷基、芳烷基、烷氧基、芳氧基、氨基、硅烷基、烯基、環(huán)烯基、雜烯基、炔基、芳基、雜芳基、?；?、羧酸、醚、酯、腈、異腈、硫基、亞磺?；⒒酋；?、膦基和其組合；且

11、任何兩個相鄰取代基r任選地接合以形成稠環(huán)。

12、在另一方面，本公開提供包含如本文所述的式(i)化合物的調(diào)配物。

13、在另一方面，本公開提供包含如本文所述的式(i)化合物的光電裝置。

技術(shù)特征：

1.一種化合物，其具有由式(i)表示的結(jié)構(gòu)：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其中每個l獨(dú)立地選自由以下組成的群組：芳環(huán)、雜芳環(huán)、環(huán)狀烯烴、環(huán)狀雜烯烴和炔烴；其中每個l任選地被一或多個取代基r取代。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其中每個l獨(dú)立地選自由以下組成的群組：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其中d包含六個環(huán)d'、七個環(huán)d'或八個環(huán)d'。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其中每個環(huán)d'獨(dú)立地選自由以下組成的群組：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其中每個ar1獨(dú)立地選自由以下組成的群組：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化合物，其中r1至r8中的至少一者表示鹵素。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其中所述化合物由式(ii)表示：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的化合物，其中d1由以下結(jié)構(gòu)中的一者表示：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物，其中d2選自由以下組成的群組：

11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物，其中d3選自由以下組成的群組：

12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物，其中所述化合物由式(iii)、式(iv)、式(v)、式(vi)、式(vii)或式(viii)表示；

13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物，其中所述化合物由以下各式中的一者表示：

14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物，其中所述化合物由以下各式中的一者表示：

15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物，其中所述化合物由以下各式中的一者表示：

16.一種光電裝置，其包含由式(i)表示的化合物：

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光電裝置，其中所述光電裝置選自由以下組成的群組：有機(jī)發(fā)光裝置oled、有機(jī)光電晶體管、有機(jī)光伏電池和有機(jī)光電檢測器。

18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光電裝置，其中所述光電裝置是光伏電池。

19.一種消費(fèi)型產(chǎn)品，其包含根據(jù)權(quán)利要求16所述的光電裝置。

20.一種調(diào)配物，其包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及用于光電應(yīng)用的材料。提供了式(I)化合物。還提供了包含這些化合物的調(diào)配物。進(jìn)一步提供了利用這些化合物的光電裝置。

技術(shù)研發(fā)人員：S·R·福里斯特,李永璽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：密西根大學(xué)董事會
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19