二吡啶并吩嗪类化合物、光电器件及其制备方法、应用与流程

本技术涉及光电器件领域，特别是涉及一种二吡啶并吩嗪类化合物、光电器件及其制备方法、应用。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池(pscs)作为一种高效、低成本的替代传统太阳能转换的方法，近年来受到了广泛关注。反式钙钛矿太阳能电池中电子传输层起着提取和运输载流子、阻挡空穴、调节界面能级结构和抑制电荷复合的重要作用。而目前常用的富勒烯及其衍生物作为电子传输材料，存在成本高、能级可调性单一、空气中稳定性差等问题。研究人员发现，与富勒烯及其衍生物相比，n型有机小分子化合物具有高的热稳定性和化学稳定性，且合成成本低，批次重复性好，具有多功能化的反应位点使其易于改性，因此，有望替代富勒烯作为电子传输材料。

2、然而传统的n型有机小分子化合物作为电子传输材料还存在电荷提取能力和载流子迁移率不足的问题，而影响器件的光电转换性能。

技术实现思路

1、基于此，本技术一些实施例提供一种二吡啶并吩嗪类化合物，应用在电子传输层中，有利于提高电荷提取能力和载流子迁移率，进而提高器件的光电转换性能。

2、此外，本技术另一些实施例还提供一种二吡啶并吩嗪类化合物的制备方法、应用、光电器件及其制备方法。

3、一种二吡啶并吩嗪类化合物，具有如下结构通式：

4、

5、各l独立地为取代或未取代的c4～c20的含氮杂环基，或取代或未取代的c4～c20的含氮杂芳基，取代时的取代基选自硝基、卤素、酰胺基、氰基、羧基、羰基、酯基、c1～c10烷基、c1～c10杂烷基、c3～c10环烷基、c3～c10杂环烷基、c5～c10芳基、c5～c10杂芳基、-cnor1及-cnsr1中的一种；其中，各r1独立地选自氢、c1～c10烷基、c1～c10杂烷基、c3～c20环烷基、c3～c10杂环烷基及c4～c10环烷基烷基中的一种；n表示0～10之间的整数。

6、在其中一些实施例中，各l独立地为取代或未取代的c5～c10的含氮杂环基，或取代或未取代的c5～c10的含氮杂芳基；

7、可选地，各l独立地为取代或未取代的吡啶基、吡唑基、吡咯基、吡唑并吡啶基、吡咯并吡啶基、喹啉基及异喹啉基中的一种。

8、在其中一些实施例中，所述二吡啶并吩嗪类化合物具有如下结构通式：

9、

10、式中，r表示所述取代基，m为0～4的整数。

11、在其中一些实施例中，各所述取代基独立地选自卤素、酰胺基、酯基、羧基及羰基中的一种；

12、可选地，各所述取代基独立地选自卤素、c1～c6酰胺基及c1～c6酯基中的一种。

13、在其中一些实施例中，选自如下结构式中的一种或几种：

14、

15、一种二吡啶并吩嗪类化合物的制备方法，包括如下步骤：

16、使化合物c与1,10-菲啰啉-5,6-二酮反应，生成二吡啶并吩嗪类化合物；

17、其中，所述化合物c的结构式为所述二吡啶并吩嗪类化合物的结构式为

18、

19、式中，各l独立地为取代或未取代的c4～c20的含氮杂环基，或取代或未取代的c4～c20的含氮杂芳基，取代时的取代基选自硝基、卤素、酰胺基、氰基、羧基、羰基、酯基、c1～c10烷基、c1～c10杂烷基、c3～c10环烷基、c3～c10杂环烷基、c5～c10芳基、c5～c10杂芳基、-cnor1及-cnsr1中的一种；其中，各r1独立地选自氢、c1～c10烷基、c1～c10杂烷基、c3～c20环烷基、c3～c10杂环烷基及c4～c10环烷基烷基中的一种；n表示0～10之间的整数。

20、在其中一些实施例中，所述化合物c通过如下步骤制备：

21、将化合物a与4,7-二溴-5,6-二硝基苯并噻二唑反应，生成化合物b；

22、使所述化合物b中的硝基还原，生成所述化合物c；

23、其中，所述化合物a的结构式为或-b(oh)2，化合物b的结构式为

24、

25、如上述的二吡啶并吩嗪类化合物或通过上述的制备方法制备的二吡啶并吩嗪类化合物在制备半导体器件中的应用。

26、一种光电器件，包括第一电极、第二电极以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的功能层，所述功能层的材料包括二吡啶并吩嗪类化合物，所述二吡啶并吩嗪类化合物具有如下结构通式：

27、

28、各l独立地为取代或未取代的c4～c20的含氮杂环基，或取代或未取代的c4～c20的含氮杂芳基，取代时的取代基选自硝基、卤素、酰胺基、氰基、羧基、羰基、酯基、c1～c10烷基、c1～c10杂烷基、c3～c10环烷基、c3～c10杂环烷基、c5～c10芳基、c5～c10杂芳基、-cnor1及-cnsr1中的一种；其中，各r1独立地选自氢、c1～c10烷基、c1～c10杂烷基、c3～c20环烷基、c3～c10杂环烷基及c4～c10环烷基烷基中的一种；n表示0～10之间的整数。

29、在其中一些实施例中，所述功能层包括电子传输层，所述光电器件还包括设置在所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换层和空穴传输层，所述光电转换层设置在所述电子传输层和所述空穴传输层之间。

30、一种光电器件的制备方法，包括如下步骤：

31、形成层叠设置的第一电极、第二电极和功能层，使所述功能层层叠在所述第一电极和所述第二电极之间，制备光电器件；

32、其中，所述功能层的材料包括二吡啶并吩嗪类化合物，所述二吡啶并吩嗪类化合物具有如下结构通式：

33、

34、各l独立地为取代或未取代的c4～c20的含氮杂环基，或取代或未取代的c4～c20的含氮杂芳基，取代时的取代基选自硝基、卤素、酰胺基、氰基、羧基、羰基、酯基、c1～c10烷基、c1～c10杂烷基、c3～c10环烷基、c3～c10杂环烷基、c5～c10芳基、c5～c10杂芳基、-cnor1及-cnsr1中的一种；其中，各r1独立地选自氢、c1～c10烷基、c1～c10杂烷基、c3～c20环烷基、c3～c10杂环烷基及c4～c10环烷基烷基中的一种；n表示0～10之间的整数。

35、在其中一些实施例中，采用溶液法制备所述功能层，将功能材料溶解在1,2-二氯苯中，使功能材料的浓度为1mg/ml～20mg/ml，所述功能材料包括所述二吡啶并吩嗪类化合物；

36、可选地，所述功能层包括电子传输层。

37、上述二吡啶并吩嗪类化合物以二吡啶并吩嗪噻二唑(dtp)作为母体单元，使用含氮杂环基或含氮杂芳基对其修饰，使其具有与钙钛矿层更加适配的分子能级，且能够因其吸电子能力而增强材料的n型特征，降低lumo能级，因此可以更好地进行电子提取并传输，有效减少载流子的非辐射复合损失，提升器件的性能。此外，含氮杂环基或含氮杂芳基中具有孤电子对的n原子可以与钙钛矿层表面上未配位的b位离子如pb离子相互作用，有效增强电子传输层与钙钛矿之间的界面间相互作用，并钝化带正电的缺陷，提高载流子迁移率，以增强器件的性能。