能源與可持續(xù)發(fā)展問題是需要全人類共同面對的熱門話題，傳統(tǒng)的化石能源蘊藏量有限且在使用過程中產(chǎn)生大量污染物質(zhì)。在已知的清潔能源中，太陽能具有取之不竭用之不盡的特點，同時作為一種清潔能源對環(huán)境幾乎沒有污染。與無機太陽能電池相比，有機太陽能電池(OPVs)因為一系列優(yōu)勢，例如成本低廉、器件可柔性化以及材料性質(zhì)高度可調(diào)控等引起了科研領域的興趣和重視。

有機太陽能電池活性材料分為空穴傳輸材料和電子傳輸材料，兩者混合涂膜形成體異質(zhì)結(BHJ)類型的吸光活性層。目前開發(fā)出的高性能非富勒烯受體材料大多具備受體?給體?受體(A?D?A)或者受體?給體?受體?給體?受體 (A?D?A?D?A)結構，其中的給體部分采用稠環(huán)噻吩體系，擴大的共軛體系可以提高受體電子遷移率以及減小其光學帶隙從而拓寬吸收范圍。材料的封端受體部分多為1，3?茚滿二酮的衍生物，常用的端基修飾方法包括氟代、氯代以及甲基化等。相比于聚合物空穴傳輸材料，非富勒烯電子傳輸材料 (NFSAs)具有較低遷移率(低于10 cm V s )，這些非富勒烯電子傳輸材料只有較少的結構可選性，同時面臨長波光譜吸收不足的問題，還存在很大的發(fā)展空間。

本申請所要解決的技術問題在于：提供一種新型有機太陽能電池受體材料及其制備方法和應用，通過吸電子端基的三氟甲基化修飾，旨在解決現(xiàn)有的OPV受體材料電子遷移率低、化學穩(wěn)定性不足以及器件性能有待改進的問題。

本發(fā)明的非富勒烯小分子受體材料中心為稠環(huán)共軛基團，包括A?D?A結構以及A?D?A?D?A結構，末端為三氟甲基取代的1,3?茚滿二酮衍生物。其中，三氟甲基具有強烈的吸電子能力，可以有效降低受體材料的最低未占據(jù)軌道 (LUMO)，同時可以縮小受體的光學帶隙從而拓寬太陽光吸收。三氟甲基基團引入了三個氟原子，因此分子間由氟原子引起的非共價鍵作用力得到增強，使得分子間的堆積更加緊密，可以提高受體分子的電子遷移率。同時，三氟甲基作為一種廣泛應用于染料結構設計中的基團，可以有效提高染料的著色度以及光照下的化學穩(wěn)定性，因此我們也希望通過引入此基團提高非富勒烯受體分子的光化學穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供一種三氟甲基取代稠環(huán)非富勒烯電子受體材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)保護氣氛下，將三氟甲基取代的鄰二甲酸與乙酰氯混合，加熱回流下發(fā)生脫水反應得到相應三氟甲基取代的酸酐。

(2)保護氣氛下，將酸酐，乙酸酐與三乙胺混合后，緩慢滴加乙酰乙酸叔丁酯，滴加完畢后將體系在室溫下攪拌過夜，得到三氟甲基取代的茚酮。

(3)保護氣氛下，將三氟甲基取代的茚酮與丙二腈溶于溶劑，在催化劑作用下得到三氟甲基取代的氰基茚酮。

(4)保護氣氛下，將所述三氟甲基取代的茚酮或三氟甲基取代的氰基茚酮與含有醛基的稠環(huán)給電子單體溶于氯仿，催化劑作用下發(fā)生Knoevenagel 反應得到三氟甲基端基修飾的稠環(huán)非富勒烯受體材料，即所述有機非富勒烯電子受體材料。

本發(fā)明還提供一種上述三氟甲基端基修飾的稠環(huán)非富勒烯受體材料的應用，其作為有機太陽能電池電子受體材料應用。具體的，有機太陽能電池的的活性層材料包括電子給體材料和電子受體材料，受體材料為上述三氟甲基端基修飾的稠環(huán)非富勒烯受體材料，給體材料包括聚合物吸光材料，如PBDB?TF等。活性層的具體制備過程為：將非富勒烯受體材料與聚合物給體材料混合，加入溶劑充分溶解后得到漿液，漿液涂覆在導電玻璃上制備成薄膜，然后制備有機太陽能電池器件。

本發(fā)明技術方案具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明中在非富勒烯受體分子兩端引入強吸電子的三氟甲基基團，相比于商業(yè)化的甲基取代受體(實施例1，IT?CH3)，三氟甲基可以有效拉低稠環(huán)富電子母核的LUMO能級，有利于提高受體材料的電子傳輸能力。其次，三氟甲基強化了A?D?A或者A?D?A?D?A體系中的電子推拉作用，這將拉低受體分子的光學帶隙從而拓寬其在太陽光長波波段的吸收，有利于產(chǎn)生更大的光生電流。同時，三氟甲基中的三個氟原子有利于增強由氟原子引發(fā)的非共價鍵的分子間作用力，如π…F鍵、H…F鍵；另外，三氟甲基的引入可以有效增大非富勒烯受體分子的偶極矩，因此增大了由偶極矩主導的色散力作用，以上兩種作用力將帶來更緊密的受體分子堆積從而有利于提高其電子遷移率。最終，相比于甲基取代的受體制備的電池，基于三氟甲基取代的受體制備的太陽能電池表現(xiàn)出更好的性能。

本發(fā)明稠環(huán)非富勒烯受體材料具有良好的溶解性，成膜性，具有較強可見光或者近紅外光吸收性能以及較高的電子遷移率(>10 cm·V ·S ),能用于制備高能量轉換效率有機太陽能電池，是一類富有潛力的受體材料。