一种含噻吩环的有机光伏电池及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种含噻吩环的有机光伏电池，依次包括：(1)衬底；(2)阴极界面层；(3)真空注入层；(4)含噻吩环的有机光伏材料衍生物层；(5)电子传输层；(6)阳极。本发明还提供了上述材料的制备方法。本发明提供的含噻吩环的有机光伏材料材料迁移率高能量转换率高、材料的稳定性好、耐久性好，电池寿命长。
【专利说明】
-种含喔吩环的有机光伏电池及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于光伏材料领域，特别设及一种含嚷吩环的有机光伏电池，还设及该光 伏材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球范围内能源紧缺和环保问题的日益突出，可再生能源的利用引起广泛的 重视。光伏发电作为一种重要的可再生能源形式，它是目前可再生能源中技术最具规模化 开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，越来越受到人们的关注。过去几十年中，太阳 能电池板的制造业规模迅速扩大。2013年，美国太阳能产业的增长率高达116%，在新能源
技术领域中首屈一指。美国太阳能光伏发电项目"太阳能之星"装机容量达1.5万kW;日本 SANYO太阳能方舟发电功率达到630kW，每年发电53万kWh;国内建成的深圳国际园林花弁博 览园光伏并网发电系统装机容量达1MW，目前已投入使用。
[0003] 最早的光伏效应是Edmund Bequerel在1839年发现的，一百多年后（1954年），随着 娃半导体工业的发展，第一个能用于实际发电的太阳能电池才在贝尔实验室问世。运个太 阳能电池 W娃半导体的p-n结为基础，光电转化效率为6%。
[0004] 有机太阳能电池作为一种新型的电池，W其独有的特点，不断的吸引着更多的人 投入到运个领域的研究和开发中来。其发展速度之快也得益于其独有的优点和特性，例如： 有机材料合成成本低、功能易于调制、柔初性及成膜性都较好;加工过程相对简单，可低溫 操作，器件制作成本也较低;可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等。 当然现有有机太阳能材料仍有不少缺点：材料迁移率低，高体电阻，从而导致能量转换率 低;材料的稳定性和耐久性不够好，电池寿命短。
【发明内容】
[0005] 技术问题:为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种能量转化率高、稳定性 好、耐久性好的含嚷吩环的有机光伏电池。
[0006] 技术方案：本发明提供的一种含嚷吩环的有机光伏材料，其结构式如式（I)或式 (Π )所示：
[0007]
[000引其中，R1和R2分别独立的为Η或1-5个碳原子的直链或支链烧控。
[0009]本发明还提供了上述含嚷吩环的有机光伏材料的制备方法，包括W下步骤：
[0010] (1 )DMF溶剂中，化合物（1)与P0C13室溫反应0.5-1.化，得化合物（2);
[0011]
[0012] (2)碱性条件下，化合物(3)于340-350°C反应8-12h，分子内环合，得化合物(4);
[0013]
[0014] 其中，R1和R2分别独立的为Η或1-5个碳原子的直链或支链烧控；
[0015] (3)在TFA催化剂、DDQ氧化剂存在下，化合物(2)和化合物(3)室溫反应8-12h，得式 (I)所示的化合物；
[0016]
[0017] 其中，R1和R2分别独立的为Η或1-5个碳原子的直链或支链烧控。
[0018] 其中，步骤（1)中，化合物（1)与P0C13的摩尔比为1:(2-3);步骤(3)中，化合物(2) 和化合物(4)的摩尔比为(1-1.2) :1。
[0019] 本发明还提供了一种含嚷吩环的有机光伏材料，其结构式如式（III)或式（IV)所 示：
[0020]
[0021]本发明还提供了上述含嚷吩环的有机光伏材料的制备方法，包括W下步骤：
[002^ (1)DMF溶剂中，化合物(1)与P0C1邊溫反应0.5-1.化，得化合物(2);
[0023]
[0024] (2)碱性条件下，化合物（3-3)于340-350°C反应8-12h，分子内环合，得化合物(4- 3);
[0025]
[00%] (3)在TFA催化剂、DDQ氧化剂存在下，化合物(2)和化合物(4-3)室溫反应8-12h，得 式(III)和式(IV)所示的化合物；
[0027]
[002引其中，步骤（1)中，化合物（1)与P0C13的摩尔比为1: (2-3);步骤(3)中，化合物(2) 和化合物(4-3)的摩尔比为(1-1.2) :1。
[0029]本发明还提供了一种含嚷吩环的有机光伏材料衍生物，其结构式如式（V)或式 (VI)所示：
[0030]
[0031] 本发明还提供了上述含嚷吩环的有机光伏材料衍生物的制备方法，包括W下步 骤:在氣气保护下，在Ξ乙胺、四（Ξ苯基麟)钮存在下，化合物（III)和Cul 85-90°C反应24- 26h，即得化合物(V);在氣气保护下，在Ξ乙胺、四（Ξ苯基麟)钮存在下，化合物（IV)和Cul 85-90°C反应24-2化，即得化合物(VI)。
[0032] 优选地，化合物（IIII)或化合物（IV)和化I的摩尔比为1: (2-3)。
[0033] 本发明还提供了一种有机光伏电池，依次包括：
[0034] (1)衬底；
[0035] (2)阴极界面层；
[0036] (3)真空注入层；
[0037] (4)含嚷吩环的有机光伏材料衍生物层；
[003引（5)电子传输层；
[0039] (6)阳极；
[0040] 其中，所述含嚷吩环的有机光伏材料的结构式如式(I)或式(II)所示：
[0041]
[0042] 其中，R为Η或1-3个碳原子的直链或支链烧控。
[0043] 作为优选，所述衬底为館渗杂玻璃基底。
[0044] 作为另一种优选，所述阴极界面层为铜渗杂的ΙΤ0薄膜。
[0045] 作为另一种优选，所述真空注入层为渗杂抗氧化剂的PED0T:PSS层;所述抗氧化剂 为对苯二酪、2,6-二叔下基-4-甲基苯酪，所述抗氧化剂的含量占活性层质量的0.04- 0.06%。
[0046] 作为另一种优选，所述电子传输层为硫渗杂的化2〇3薄膜。
[0047] 作为另一种优选，所述阳极为侣电极。
[004引本发明还提供了一种有机光伏电池的制备方法，包括W下步骤：
[0049] (1)在館渗杂玻璃基底表面，通过旋涂法或蒸锻法制备铜渗杂的IT0薄膜；
[0050] (2)在铜渗杂的IT0薄膜表面，通过旋涂法或蒸锻法制备渗杂抗氧化剂的PED0T: 银；
[0051] (3)在渗杂抗氧化剂的PED0T:PSS层表面，通过旋涂法或蒸锻法制备含嚷吩环的有 机光伏材料衍生物层；
[0052] (4)在含嚷吩环的有机光伏材料衍生物层表面，通过旋涂法或蒸锻法制备硫渗杂 的化2〇3薄膜；
[0053] (5)在硫渗杂的化2〇3薄膜表面，通过蒸锻法制备侣电极。
[0054] 有益效果:本发明提供的含嚷吩环的有机光伏材料材料迁移率高能量转换率高、 材料的稳定性好、耐久性好，电池寿命长。
【具体实施方式】 [0化5] 实施例1
[0056]有机光伏材料，采用W下方法制得：
[0057] (1 )DMF溶剂中，2mol化合物（1)与4mol P0C1邊溫反应1.5h，得化合物(2);
[0化引
[0化9] MS(m/z) :199.05;
[0060] (2)碱性条件下，1.5mol化合物（3-1)于350°C反应化，分子内环合，得化合物(4- 1);
[0061]
[0062] MS(m/z) :196.10;
[00创 （3)在TFA催化剂、DDQ氧化剂存在下，Imol化合物(2)和Imol化合物(4-1)室溫反应 她，得化合物（1-1)和化合物（I1-1);
[0064]
[00化]MS(m/z) :778.17。
[0066] 实施例2
[0067] 有机光伏材料，采用W下方法制得：
[006引（1 )DMF溶剂中，2mol化合物（1)与6mol P0C1邊溫反应0.化，得化合物(2);
[0069]
[0070] MS(m/z):199.05;
[0071] (2)碱性条件下，1.5mol化合物(3-2)于340°C反应12h，分子内环合，得化合物(4- 2);
[0072]
[007；3] MS(m/z) :280.10;
[0074] (3)在TFA催化剂、DDQ氧化剂存在下，Imo 1化合物(2)和Imo 1化合物(4-2)室溫反应 12h，得化合物（1-2)和化合物（I1-2)。
[0075]
[0076] MS(m/z):890.30。
[0077] 实施例3
[0078] 有机光伏材料，采用W下方法制得：
[0079] (l)DMF溶剂中，2mol化合物（1)与5mol P0C1邊溫反应比，得化合物(2);
[0080]
[0081 ] MS(m/z):199.05;
[0082] (2)碱性条件下，1.5mo 1化合物(3-3)于345 °C反应1 Oh，分子内环合，得化合物(4- 3);
[0083]
[0084] MS(m/z)：210.03；
[0085] (3)在TFA催化剂、DDQ氧化剂存在下，1. Imo 1化合物(2)和Imo 1化合物(4-3)室溫反 应lOh，得化合物（III)和化合物（IV)。
[0086]
[0087] MS(m/z):638.20ο
[0088] 实施例4
[0089] 有机光伏材料衍生物的制备，包括W下步骤:在氣气保护下，在Ξ乙胺、四（Ξ苯基 麟)钮存在下，Imo 1化合物（III)和化合物（IV)、2mo 1 CuI 90°C反应24h，即得化合物(V)和 化合物(VI)。
[0090]
[0091] MS(m/z):878.00ο
[0092] 实施例5
[0093] 有机光伏材料衍生物的制备，包括W下步骤:在氣气保护下，在Ξ乙胺、四（Ξ苯基 麟)钮存在下，Imo 1化合物（III)和化合物（IV)、3mo 1 CuI 85°C反应26h，即得化合物(V)和 化合物(VI)。
[0094] MS(m/z):878.00。
[00巧]实施例6
[0096] 有机光伏电池，依次包括：
[0097] (1)館渗杂玻璃基底；
[0098] (2)铜渗杂的口 0薄膜；
[0099] (3)渗杂抗氧化剂的阳D0T:PSS层;其中抗氧化剂为对苯二酪、2,6-二叔下基-4-甲 基苯酪，所述抗氧化剂的含量占活性层质量的ο. 04-0.06%
[0100] (4)含嚷吩环的有机光伏材料衍生物层；
[0101] (5)硫渗杂的化2〇3薄膜；
[0102] (6)侣电极；
[0103] 将实施例1至5的含嚷吩环的有机光伏材料用于含嚷吩环的有机光伏材料衍生物 层，制得一批有机光伏电池，测试电池性能，见表1。
[0104] 表1电池性能
[0105]
[0106] 其中，对照组采用富勒締替代含嚷吩环的有机光伏材料衍生物层。
[0107] 稳定性试验：
[010引将上述电池加热五天，测试电池性能，见表2。
[0109] 表2电池性能
[0110]
[0112] 其中，对照组采用富勒締替代含嚷吩环的有机光伏材料衍生物层。
[0113] 上述有机光伏电池的制备方法，包括W下步骤：
[0114] (1)在館渗杂玻璃基底表面，通过旋涂法或蒸锻法制备铜渗杂的ΙΤΟ薄膜；
[0115] (2)在铜渗杂的ΙΤ0薄膜表面，通过旋涂法或蒸锻法制备渗杂抗氧化剂的PED0T: 银；
[0116] (3)在渗杂抗氧化剂的PED0T: PSS层表面，通过旋涂法或蒸锻法制备含嚷吩环的有 机光伏材料衍生物层；
[0117] (4)在含嚷吩环的有机光伏材料衍生物层表面，通过旋涂法或蒸锻法制备硫渗杂 的化2〇3薄膜；
[0118] (5)在硫渗杂的化2〇3薄膜表面，通过蒸锻法制备侣电极。
[0119] 其中现有技术中旋涂法或蒸锻法均可W实现本发明的目的。
【主权项】
1. 一种含噻吩环的有机光伏电池，其特征在于:依次包括： (1) 衬底； (2) 阴极界面层； (3) 真空注入层； (4) 含噻吩环的有机光伏材料衍生物层； (5) 电子传输层； (6) 阳极； 其中，所述含噻吩环的有机光伏材料的结构式如式(I)或式(II)所示：其中，R为Η或1-3个碳原子的直链或支链烷烃。2. 根据权利要求1所述的一种有机光伏电池，其特征在于：所述衬底为铕掺杂玻璃基 底。3. 根据权利要求1所述的一种有机光伏电池，其特征在于:所述阴极界面层为镧掺杂的 ΙΤΟ薄膜。4. 根据权利要求1所述的一种有机光伏电池，其特征在于:所述真空注入层为掺杂抗氧 化剂的PEDOT: PSS层;所述抗氧化剂为对苯二酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，所述抗氧化剂 的含量占活性层质量的〇. 04-0.06%。5. 根据权利要求1所述的一种有机光伏电池，其特征在于:所述电子传输层为硫掺杂的 〇2〇3薄膜。6. 根据权利要求1所述的一种有机光伏电池，其特征在于:所述阳极为铝电极。7. 权利要求1所述的一种有机光伏电池的制备方法，其特征在于:包括以下步骤： (1) 在铕掺杂玻璃基底表面，通过旋涂法或蒸镀法制备镧掺杂的ITO薄膜； (2) 在镧掺杂的ITO薄膜表面，通过旋涂法或蒸镀法制备掺杂抗氧化剂的PEDOT: PSS层； (3) 在掺杂抗氧化剂的PEDOT:PSS层表面，通过旋涂法或蒸镀法制备含噻吩环的有机光 伏材料衍生物层； (4) 在含噻吩环的有机光伏材料衍生物层表面，通过旋涂法或蒸镀法制备硫掺杂的 〇2〇3薄膜； (5) 在硫掺杂的Cr2〇3薄膜表面，通过蒸镀法制备铝电极。
【文档编号】H01L51/42GK105870332SQ201610269837
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】陈宝山, 李超, 徐飞, 张立恒, 徐福祥, 徐芳, 刘连峰
【申请人】扬州鑫晶光伏科技有限公司