一種芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料及其制備方法，其結(jié)構(gòu)式如式(I)所示。本發(fā)明還提供了上述材料的制備方法。本發(fā)明提供的芳環(huán)修飾有機(jī)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(zhǎng)。
【專利說(shuō)明】
一種芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料及其制備方法
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(jī)光伏材料，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(wèn)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(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。過(guò)去幾十年中，太陽(yáng) 能電池板的制造業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大。2013年，美國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)率高達(dá)116 %，在新能源
技術(shù)領(lǐng)域中首屈一指。美國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目"太陽(yáng)能之星"裝機(jī)容量達(dá)1.5萬(wàn)kW;日本 SANYO太陽(yáng)能方舟發(fā)電功率達(dá)到630kW，每年發(fā)電53萬(wàn)kWh;國(guó)內(nèi)建成的深圳國(guó)際園林花卉博 覽園光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量達(dá)1MW，目前已投入使用。
[0003] 最早的光伏效應(yīng)是Edmund Bequerel在1839年發(fā)現(xiàn)的，一百多年后（1954年），隨著 硅半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，第一個(gè)能用于實(shí)際發(fā)電的太陽(yáng)能電池才在貝爾實(shí)驗(yàn)室問(wèn)世。這個(gè)太 陽(yáng)能電池以娃半導(dǎo)體的p-n結(jié)為基礎(chǔ)，光電轉(zhuǎn)化效率為6 %。
[0004] 有機(jī)太陽(yáng)能電池作為一種新型的電池，以其獨(dú)有的特點(diǎn)，不斷的吸引著更多的人 投入到這個(gè)領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)中來(lái)。其發(fā)展速度之快也得益于其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)和特性，例如： 有機(jī)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(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，可低溫 操作，器件制作成本也較低;可實(shí)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(dāng)然現(xiàn)有有機(jī)太陽(yáng)能材料仍有不少缺點(diǎn)：材料迀移率低，高體電阻，從而導(dǎo)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(wèn)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(jī)光伏材料。
[0006] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料，其結(jié)構(gòu)式如式(I)或式(II) 所示：
[0008] 其中，R1和R2分別獨(dú)立的為Η或1-5個(gè)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(jī)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(yīng)0 ·5-1 ·5h，得化合物(2);
[0011]
[0012] (2)堿性條件下，化合物(3)于340-350°C反應(yīng)8-12h，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4);
[0013]
[0014] 其中，R1和R2分別獨(dú)立的為Η或1-5個(gè)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(yīng)8-12h，得式 (I)所示的化合物；
[0016] P)
,：
[0017] 其中，R1和R2分別獨(dú)立的為Η或1-5個(gè)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(jī)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(jī)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(yīng)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(yīng)8-12h，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4-3)；
[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(yīng)8-12h，得式(III)所示的化合物；
[0025]
[0027] ' '
ο
[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(jī)光伏材料衍生物，其結(jié)構(gòu)式如式(II)所示：
[0030]
〇
[0031] 本發(fā)明還提供了上述芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料衍生物的制備方法，包括以下步驟： 在氬氣保護(hù)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(yīng)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(jī)光伏材料的有機(jī)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(jī)光伏材料層；
[0038] (5)電子傳輸層；
[0039] (6)陽(yáng)極；
[0040]其中，所述芳環(huán)修飾有機(jī)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(gè)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(duì)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(yáng)極為鋁電極。
[0048] 本發(fā)明還提供了一種含芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料的有機(jī)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(guò)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(guò)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(guò)旋涂法或蒸鍍法制備芳環(huán)修飾有機(jī) 光伏材料層；
[0052] (4)在芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料層表面，通過(guò)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(guò)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(jī)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(zhǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 實(shí)施例1
[0056] 芳環(huán)修飾有機(jī)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(yīng)1 · 5h，得化合物(2);
[0058]
[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(yīng)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(yīng) 8h，得化合物(1-1)和化合物(11-1);
[0064]
(ii-1)
[0065] MS(m/z)：822.32〇
[0066] 實(shí)施例2
[0067] 芳環(huán)修飾有機(jī)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(yīng)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(yīng)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(yīng) 12h，得化合物(I-2)和化合物(II-2)。
[0075]
[0076] MS(m/z)：878,38〇
[0077] 實(shí)施例3
[0078] 芳環(huán)修飾有機(jī)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(yīng)lh，得化合物(2);
[0080]
'
[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(yīng)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(yīng)1 Oh，得化合物(I -3)和化合物(II -3)。
[0086]
[0087] MS(m/z)：738,23〇
[0088] 實(shí)施例4
[0089]芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料衍生物的制備，包括以下步驟:在氬氣保護(hù)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(yīng)24h，即得化合物（IV)。
[0090]
[0091] MS(m/z)：866.09〇
[0092] 實(shí)施例5
[0093] 芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料衍生物的制備，包括以下步驟:在氬氣保護(hù)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(yīng)26h，即得化合物（IV)。
[0094] MS(m/z)：866.09〇
[0095] 實(shí)施例6
[0096] 芳環(huán)修飾有機(jī)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(duì)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(jī)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(shí)施例1至5的芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料用于芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料衍生物層，制 得一批有機(jī)光伏電池，測(cè)試電池性能，見(jiàn)表1。
[0104] 表1電池性能
[0105]
[0106] 其中，對(duì)照組采用富勒烯替代芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料衍生物層。
[0107] 穩(wěn)定性試驗(yàn)：
[0108] 將上述電池加熱五天，測(cè)試電池性能，見(jiàn)表2。
[0109] 表2電池性能
[0110]
[0111] 其中，對(duì)照組采用富勒烯替代芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料衍生物層。
[0112] 上述有機(jī)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(guò)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(guò)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(guò)旋涂法或蒸鍍法制備芳環(huán)修飾有機(jī) 光伏材料衍生物層；
[0116] (4)在芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料衍生物層表面，通過(guò)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(guò)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(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料，其結(jié)構(gòu)式如式(I)或式(II)所示：其中，R1和R2分別獨(dú)立的為Η或1-3個(gè)碳原子的直鏈或支鏈燒控。2. 權(quán)利要求1所述的芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料的制備方法，其特征在于:包括W下步驟： (1 )DMF溶劑中，化合物（1)與P0C1邊溫反應(yīng)0.5-1.化，得化合物(2);(2)堿性條件下，化合物(3)于340-350°C反應(yīng)8-12h，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4);其中，R1和R2分別獨(dú)立的為Η或1-5個(gè)碳原子的直鏈或支鏈燒控； (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(yīng)8-12h，得式（I) 所示的化合物；其中，R1和R2分別獨(dú)立的為Η或1-5個(gè)碳原子的直鏈或支鏈燒控。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料的制備方法，其特征在于: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（1-4. 一種芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料，其結(jié)構(gòu)式如式(III)所示：5. 權(quán)利要求4所述的芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料的制備方法，其特征在于:包括W下步驟： (1 )DMF溶劑中，化合物（1)與P0C1邊溫反應(yīng)0.5-1.化，得化合物(2);(2) 堿性條件下，化合物(3-3)于340-350°C反應(yīng)8-12h，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4-3);(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(yīng)8-12h，得式 (III)所示的化合物；6. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料的制備方法，其特征在于: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)：1〇7. -種芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料衍生物，其結(jié)構(gòu)式如式(II)所示：8. 權(quán)利要求7所述的芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料衍生物的制備方法，其特征在于:包括W下 步驟:在氣氣保護(hù)下，在Ξ乙胺、四（Ξ苯基麟)鈕存在下，化合物（III)和CuI85-90°C反應(yīng) 24-26h，即得化合物（IV)。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的芳環(huán)修飾有機(jī)光伏材料衍生物的制備方法，其特征在于:化合 物（mi)和Cul的摩爾比為1:(2-3)。
【文檔編號(hào)】H01L51/46GK105837600SQ201610286654
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月3日
【發(fā)明人】沈榮存
【申請(qǐng)人】沈榮存