一種芳環(huán)修飾有機光伏電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種芳環(huán)修飾有機光伏電池依次包括：(1)襯底；(2)陰極界面層；(3)真空注入層；(4)芳環(huán)修飾有機光伏材料層；(5)電子傳輸層；(6)陽極。本發(fā)明提供的芳環(huán)修飾有機光伏材料材料遷移率高能量轉(zhuǎn)換率高、材料的穩(wěn)定性好、耐久性好，電池壽命長。
【專利說明】
一種芳環(huán)修飾有機光伏電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光伏材料領(lǐng)域，特別涉及一種芳環(huán)修飾有機光伏電池，還涉及該光伏 材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球范圍內(nèi)能源緊缺和環(huán)保問題的日益突出，可再生能源的利用引起廣泛的 重視。光伏發(fā)電作為一種重要的可再生能源形式，它是目前可再生能源中技術(shù)最具規(guī)?；?開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，越來越受到人們的關(guān)注。過去幾十年中，太陽 能電池板的制造業(yè)規(guī)模迅速擴大。2013年，美國太陽能產(chǎn)業(yè)的增長率高達116 %，在新能源
技術(shù)領(lǐng)域中首屈一指。美國太陽能光伏發(fā)電項目"太陽能之星"裝機容量達1.5萬kW;日本 SANYO太陽能方舟發(fā)電功率達到630kW，每年發(fā)電53萬kWh;國內(nèi)建成的深圳國際園林花卉博 覽園光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)裝機容量達1MW，目前已投入使用。
[0003] 最早的光伏效應是Edmund Bequerel在1839年發(fā)現(xiàn)的，一百多年后（1954年），隨著 硅半導體工業(yè)的發(fā)展，第一個能用于實際發(fā)電的太陽能電池才在貝爾實驗室問世。這個太 陽能電池以娃半導體的p-n結(jié)為基礎(chǔ)，光電轉(zhuǎn)化效率為6 %。
[0004] 有機太陽能電池作為一種新型的電池，以其獨有的特點，不斷的吸引著更多的人 投入到這個領(lǐng)域的研究和開發(fā)中來。其發(fā)展速度之快也得益于其獨有的優(yōu)點和特性，例如： 有機材料合成成本低、功能易于調(diào)制、柔韌性及成膜性都較好;加工過程相對簡單，可低溫 操作，器件制作成本也較低;可實現(xiàn)大面積制造、可使用柔性襯底、環(huán)境友好、輕便易攜等。 當然現(xiàn)有有機太陽能材料仍有不少缺點：材料迀移率低，高體電阻，從而導致能量轉(zhuǎn)換率 低;材料的穩(wěn)定性和耐久性不夠好，電池壽命短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題:為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種能量轉(zhuǎn)化率高、穩(wěn)定性 好、耐久性好的芳環(huán)修飾有機光伏電池。
[0006] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種芳環(huán)修飾有機光伏材料，其結(jié)構(gòu)式如式(I)或式(II) 所示：
[0007]
[0008] 其中，R1和R2分別獨立的為Η或1-5個碳原子的直鏈或支鏈烷烴。
[0009] 本發(fā)明還提供了上述芳環(huán)修飾有機光伏材料的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (1 )DMF溶劑中，化合物⑴與P0C13室溫反應0 ·5-1 ·5h，得化合物(2);
[0011] v
… ,
[0012] (2)堿性條件下，化合物(3)于340-350°C反應8-12h，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4);
[0013]
[0014] 其中，R1和R2分別獨立的為Η或1-5個碳原子的直鏈或支鏈烷烴；
[0015] (3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，化合物(2)和化合物(3)室溫反應8-12h，得式 (I)所示的化合物；
[0016]
[0017] 其中，R1和R2分別獨立的為Η或1-5個碳原子的直鏈或支鏈烷烴。
[0018] 其中，步驟（1)中，化合物（1)與P0C13的摩爾比為1: (2-3);步驟(3)中，化合物(2) 和化合物(4)的摩爾比為(1-1.2) :1。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種芳環(huán)修飾有機光伏材料，其結(jié)構(gòu)式如式(III)所示：
[0020]
(III) 。
[0021]本發(fā)明還提供了上述芳環(huán)修飾有機光伏材料的制備方法，包括以下步驟：
[0022] (1)DMF溶劑中，化合物⑴與P0C13室溫反應0.5-1.5h，得化合物(2);
[0023]
[0024] (2)堿性條件下，化合物（3-3)于340-350°C反應8-12h，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4- 3)；
[0025]
[0026] (3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，化合物(2)和化合物(4-3)室溫反應8-12h，得 式(III)所示的化合物；
[0027]
[0028] 其中，步驟（1)中，化合物（1)與P0C13的摩爾比為1: (2-3);步驟(3)中，化合物(2) 和化合物(4-3)的摩爾比為(1-1.2) :1。
[0029] 本發(fā)明還提供了一種芳環(huán)修飾有機光伏材料衍生物，其結(jié)構(gòu)式如式(II)所示：
[0030] ' z
0
[0031] 本發(fā)明還提供了上述芳環(huán)修飾有機光伏材料衍生物的制備方法，包括以下步驟： 在氬氣保護下，在三乙胺、四（三苯基膦）鈀存在下，化合物（III)和Cul 85-90°C反應24- 26h，即得化合物（IV)。
[0032] 優(yōu)選地，化合物（IIII)和CuI的摩爾比為1: (2-3)。
[0033]本發(fā)明還提供了一種含芳環(huán)修飾有機光伏材料的有機光伏電池，依次包括：
[0034] (1)襯底；
[0035] (2)陰極界面層；
[0036] (3)真空注入層；
[0037] (4)芳環(huán)修飾有機光伏材料層；
[0038] (5)電子傳輸層；
[0039] (6)陽極；
[0040] 其中，所沭芳環(huán)修飾有機光伏材料的結(jié)構(gòu)式如式（I)或式（II)所示：
[0041]
(Π ) .
[0042] 其中，R為Η或1-3個碳原子的直鏈或支鏈烷烴。
[0043] 作為優(yōu)選，所述襯底為銪摻雜玻璃基底。
[0044] 作為另一種優(yōu)選，所述陰極界面層為鑭摻雜的ΙΤ0薄膜。
[0045]作為另一種優(yōu)選，所述真空注入層為摻雜抗氧化劑的PED0T:PSS層;所述抗氧化劑 為對苯二酚、2,6_二叔丁基-4-甲基苯酚，所述抗氧化劑的含量占活性層質(zhì)量的0.04- 0.06%〇
[0046] 作為另一種優(yōu)選，所述電子傳輸層為硫摻雜的Cr203薄膜。
[0047] 作為另一種優(yōu)選，所述陽極為鋁電極。
[0048] 本發(fā)明還提供了一種含芳環(huán)修飾有機光伏材料的有機光伏電池的制備方法，包括 以下步驟：
[0049] (1)在銪摻雜玻璃基底表面，通過旋涂法或蒸鍍法制備鑭摻雜的ΙΤ0薄膜；
[0050] (2)在鑭摻雜的ΙΤ0薄膜表面，通過旋涂法或蒸鍍法制備摻雜抗氧化劑的PED0T: PSS 層；
[0051 ] (3)在摻雜抗氧化劑的PED0T:PSS層表面，通過旋涂法或蒸鍍法制備芳環(huán)修飾有機 光伏材料層；
[0052] (4)在芳環(huán)修飾有機光伏材料層表面，通過旋涂法或蒸鍍法制備硫摻雜的Cr203薄 膜；
[0053] (5)在硫摻雜的Cr203薄膜表面，通過蒸鍍法制備鋁電極。
[0054] 有益效果:本發(fā)明提供的芳環(huán)修飾有機光伏材料迀移率高能量轉(zhuǎn)換率高、材料的 穩(wěn)定性好、耐久性好，電池壽命長。
【具體實施方式】
[0055] 實施例1
[0056] 芳環(huán)修飾有機光伏材料，采用以下方法制得：
[0057] (1 )DMF溶劑中，2mol化合物（1)與4mol P0C13室溫反應1 · 5h，得化合物(2);
[0058]
(1) (2> ,
[0059] MS(m/z)：199.05；
[0060] (2)堿性條件下，1.5mo 1化合物（3-1)于350 °C反應8h，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4- 1)；
[0061]
?
[0062] MS(m/z)：246,12；
[0063] (3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，lmol化合物⑵和lmol化合物(4-1)室溫反應 8h，得化合物(1-1)和化合物(11-1);
[0064]
[0065] MS(m/z)：822.32〇
[0066] 實施例2
[0067] 芳環(huán)修飾有機光伏材料，，采用以下方法制得：
[0068] (1 )DMF溶劑中，2mol化合物（1)與6mol P0C13室溫反應0 · 5h，得化合物(2);
[0069]
CD ⑵ .
[0070] MS(m/z)：199.05；
[0071] (2)堿性條件下，1.5mo 1化合物(3-2)于340 °C反應12h，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4- 2)；
[0072]
[0073] MS(m/z):274.15;
[0074] (3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，lmo 1化合物⑵和lmo 1化合物(4-2)室溫反應 12h，得化合物(I-2)和化合物(II-2)。
[0075]
[0076] MS(m/z)：878,38〇
[0077] 實施例3
[0078] 芳環(huán)修飾有機光伏材料，，采用以下方法制得：
[0079] (l)DMF溶劑中，2mol化合物（1)與5mol P0C13室溫反應lh，得化合物(2);
[0080] (1)
W .
[0081] MS(m/z)：199.05；
[0082] (2)堿性條件下，1.5mo 1化合物(3-3)于345 °C反應1 Oh，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4- 3)；
[0083]
[0084] MS(m/z):154.05;
[0085] (3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，1 · lmo 1化合物(2)和lmo 1化合物(4-3)室溫反 應1 Oh，得化合物(I -3)和化合物(II -3)。
[0086]
[0087] MS(m/z)：738,23〇
[0088] 實施例4
[0089]芳環(huán)修飾有機光伏材料衍生物的制備，包括以下步驟:在氬氣保護下，在三乙胺、 四（三苯基膦)鈀存在下，lmol化合物（III)和2mol Cul 90°C反應24h，即得化合物（IV)。
[0090]
[0091] MS(m/z)：866.09〇
[0092] 實施例5
[0093] 芳環(huán)修飾有機光伏材料衍生物的制備，包括以下步驟:在氬氣保護下，在三乙胺、 四（三苯基膦)鈀存在下，lmol化合物（III)和3mol Cul 85°C反應26h，即得化合物（IV)。
[0094] MS(m/z)：866.09〇
[0095] 實施例6
[0096] 芳環(huán)修飾有機光伏材料，依次包括：
[0097] (1)銪摻雜玻璃基底；
[0098] (2)鑭摻雜的ΙΤ0薄膜；
[0099] (3)摻雜抗氧化劑的PED0T:PSS層;其中抗氧化劑為對苯二酚、2,6_二叔丁基-4-甲 基苯酚，所述抗氧化劑的含量占活性層質(zhì)量的〇. 04-0.06 %
[0100] (4)芳環(huán)修飾有機光伏材料衍生物層；
[0101] (5)硫摻雜的Cr2〇3薄膜；
[0102] (6)鋁電極；
[0103] 將實施例1至5的芳環(huán)修飾有機光伏材料用于芳環(huán)修飾有機光伏材料衍生物層，制 得一批有機光伏電池，測試電池性能，見表1。
[0104] 表1電池性能
[0105]
[0106] 其中，對照組采用富勒烯替代芳環(huán)修飾有機光伏材料衍生物層。
[0107] 穩(wěn)定性試驗：
[0108] 將上述電池加熱五天，測試電池性能，見表2。
[0109] 表2電池性能
[0110]
[01 Μ」 丹1r，刈URfehL木用S DΚΡ13?、萬VN丨多'呷勻T兒兀VV仍料?」土云。
[0112] 上述有機光伏電池的制備方法，包括以下步驟：
[0113] (1)在銪摻雜玻璃基底表面，通過旋涂法或蒸鍍法制備鑭摻雜的ΙΤ0薄膜；
[0114] (2)在鑭摻雜的ΙΤ0薄膜表面，通過旋涂法或蒸鍍法制備摻雜抗氧化劑的PED0T: PSS 層；
[0115] (3)在摻雜抗氧化劑的PED0T:PSS層表面，通過旋涂法或蒸鍍法制備芳環(huán)修飾有機 光伏材料衍生物層；
[0116] (4)在芳環(huán)修飾有機光伏材料衍生物層表面，通過旋涂法或蒸鍍法制備硫摻雜的 〇2〇3薄膜；
[0117] (5)在硫摻雜的Cr203薄膜表面，通過蒸鍍法制備鋁電極。
[0118] 其中現(xiàn)有技術(shù)中旋涂法或蒸鍍法均可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
【主權(quán)項】
1. 一種芳環(huán)修飾有機光伏電池，其特征在于:依次包括： (1) 襯底； (2) 陰極界面層； (3) 真空注入層； (4) 芳環(huán)修飾有機光伏材料層； (5) 電子傳輸層； (6) 陽極； 其中，所述芳環(huán)修飾有機光伏材料的結(jié)構(gòu)式如式(I)或式(II)所示：其中，R為Η或1-3個碳原子的直鏈或支鏈燒控。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芳環(huán)修飾有機光伏材料的有機光伏電池，其特征在于： 所述襯底為館滲雜玻璃基底。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芳環(huán)修飾有機光伏材料的有機光伏電池，其特征在于： 所述陰極界面層為銅滲雜的ΙΤΟ薄膜。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芳環(huán)修飾有機光伏材料的有機光伏電池，其特征在于： 所述真空注入層為滲雜抗氧化劑的PEDOT:PSS層;所述抗氧化劑為對苯二酪、2,6-二叔下 基-4-甲基苯酪，所述抗氧化劑的含量占活性層質(zhì)量的0.04-0.06%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芳環(huán)修飾有機光伏材料的有機光伏電池，其特征在于： 所述電子傳輸層為硫滲雜的化地3薄膜。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含芳環(huán)修飾有機光伏材料的有機光伏電池，其特征在于： 所述陽極為侶電極。7. 權(quán)利要求1所述的一種含芳環(huán)修飾有機光伏材料的有機光伏電池的制備方法，其特 征在于:包括W下步驟： (1) 在館滲雜玻璃基底表面，通過旋涂法或蒸鍛法制備銅滲雜的ITO薄膜； (2) 在銅滲雜的口0薄膜表面，通過旋涂法或蒸鍛法制備滲雜抗氧化劑的PEDOT: PSS層； (3) 在滲雜抗氧化劑的PEDOT:PSS層表面，通過旋涂法或蒸鍛法制備芳環(huán)修飾有機光伏 材料層； (4) 在芳環(huán)修飾有機光伏材料層表面，通過旋涂法或蒸鍛法制備硫滲雜的化2〇3薄膜； (5) 在硫滲雜的化2〇3薄膜表面，通過蒸鍛法制備侶電極。
【文檔編號】H01L51/42GK105837601SQ201610286657
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】沈榮存
【申請人】沈榮存