一種有機光伏材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種有機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)明提供的有機光伏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】
-種有機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，特別設(shè)及一種有機光伏材料，還設(shè)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弁博 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(yīng)是Edmund Bequerel在1839年發(fā)現(xiàn)的，一百多年后（1954年），隨著 娃半導體工業(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。運個太 陽能電池 W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，W其獨有的特點，不斷的吸引著更多的人 投入到運個領(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、柔初性及成膜性都較好;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：材料遷移率低，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、耐久性好的有機光伏材料。
[0006] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種有機光伏材料，其結(jié)構(gòu)式如式(I)或式(II)所示：
[0007； w;
.
[000引其中，Rl和R2分別獨立的為H或1-5個碳原子的直鏈或支鏈燒控。
[0009] 本發(fā)明還提供了上述有機光伏材料的制備方法，包括W下步驟：
[0010] mnM的這玄Il出從會物、tjpnri。奮淚Ktrn Ci-I c；k 值會物"9、.
[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，Rl和R2分別獨立的為H或1-5個碳原子的直鏈或支鏈燒控；
[0015] (3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，化合物(2)和化合物(4)室溫反應(yīng)8-12h，得式
(。所示的從會物I.
[0016] < 5
[0017] 其中，Rl和R2分別獨立的為H或1-5個碳原子的直鏈或支鏈燒控。
[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)明還提供了一種有機光伏材料，其結(jié)構(gòu)式如式(III)所示：
[0020
O[0021] 本發(fā)明還提供了上述有機光伏材料的制備方法，包括W下步驟：[0022] /^1、^117、、/南女 41 /k厶編1、。知、、/曰 1；^ 抗M [_1 [U 祖/k厶編
[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);
[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(yīng)8-12h，得 式(III)所示的化合物；
[0027] ?
O
[0028] 其中，步驟（I)中，化合物（I)與P0C13的摩爾比為I :(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)明還提供了一種有機光伏材料衍生物，其結(jié)構(gòu)式如式（II)所示：
[00；
[0031] 本發(fā)明還提供了上述有機光伏材料衍生物的制備方法，包括W下步驟:在氣氣保 護下，在S乙胺、四（S苯基麟)鈕存在下，化合物（III)和CuI 85-90°C反應(yīng)24-2化，即得化 合物(IV)。
[0032] 優(yōu)選地，化合物（III)和化I的摩爾比為1: (2-3)。
[0033] 本發(fā)明還提供了一種有機光伏材料衍生物，其結(jié)構(gòu)式如式(V)或式(VI)所示：
[003^
[0035] 本發(fā)明還提供了上述有機光伏材料衍生物的制備方法，包括W下步驟:在氣氣保 護下，在S乙胺、四（S苯基麟)鈕存在下，化合物（III)和CuI 85-90°C反應(yīng)24-2化，即得化 合物(V);在氣氣保護下，在S乙胺、四苯基麟)鈕存在下，化合物（IV)和CuI 85-90°C反 應(yīng)24-2化，即得化合物(VI)。
[0036] 優(yōu)選地，化合物（IIII)或化合物（IV)和化I的摩爾比為1: (2-3)。
[0037] 本發(fā)明還提供了一種有機光伏電池，依次包括：
[0038] (1)襯底；
[0039] (2)陰極界面層；
[0040] (3)真空注入層；
[0041] (4)有機光伏材料衍生物層；
[0042] (5)電子傳輸層；
[0043] (6)陽極；
[0044] 其中，所述有機光伏材料的結(jié)構(gòu)式如式(I)或式(II)所示：
[004 "I)
;
[0046] 其中，R為H或1-3個碳原子的直鏈或支鏈燒控。
[0047] 作為優(yōu)選，所述襯底為館滲雜玻璃基底。
[004引作為另一種優(yōu)選，所述陰極界面層為銅滲雜的ITO薄膜。
[0049] 作為另一種優(yōu)選，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%。
[0050] 作為另一種優(yōu)選，所述電子傳輸層為硫滲雜的化2〇3薄膜。
[0051] 作為另一種優(yōu)選，所述陽極為侶電極。
[0052] 本發(fā)明還提供了一種有機光伏電池的制備方法，包括W下步驟：
[0053] (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；
[0054] (2)在銅滲雜的ITO薄膜表面，通過旋涂法或蒸鍛法制備滲雜抗氧化劑的PED0T: 銀；
[0055] (3)在滲雜抗氧化劑的PED0T:PSS層表面，通過旋涂法或蒸鍛法制備有機光伏材料 衍生物層；
[0056] (4)在有機光伏材料衍生物層表面，通過旋涂法或蒸鍛法制備硫滲雜的化地3薄膜；
[0057] (5)在硫滲雜的化2〇3薄膜表面，通過蒸鍛法制備侶電極。
[0058] 有益效果:本發(fā)明提供的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。 【具體實施方式】 [0化9]實施例1[0060]有機光伏材料，采用W下方法制得：[0061 -、…一1,,. A.,-- L. 1 山、口 - A一 -，…
[006;
[0063J MS(m/z):199.05;
[0064] (2)堿性條件下，1.5mol化合物（3-1)于350°C反應(yīng)化，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4-
1);
[00化
[0066,丄….…；
[0067] (3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，Imol化合物(2)和Imo 1化合物(4-1)室溫反應(yīng) 她，得化合物（1-1)和化合物（II-I);
[006J
(II-l)：
[0069] MS(m/z):722.29〇
[0070] 實施例2
[0071 ]有機光伏材料，采用W下方法制得：
[0072] M、DM內(nèi)這索||由 _ 9m〇l 會物Pfiri。運?淚 而n CiVi _值"^會物I"、.
[0073]
[0074] MS(m/z):199.05;
[0075] (2)堿性條件下，1.5mol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);
[0076]
[0077] Mv5、m/: ^^4.丄〇;
[007引（3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，Imol化合物(2)和Imol化合物(4-2)室溫反應(yīng) 12h，得化合物（1-2)和化合物（I1-2)。
[0079]
(II ?)
[0080] MS(m/z):778.35。
[0081 ] 實施例3
[0082]有機光伏材料，采用W下方法制得：
[008；3] (I)DMF溶劑中，2mol化合物（1)與5mol POCl邊溫反應(yīng)比，得化合物(2);
[0084] ,:
[00 化]MS(m/z):199.05;
[0086] (2)堿性條件下，1.5mol化合物(3)于345°C反應(yīng)lOh，分子內(nèi)環(huán)合，得化合物(4);
[0087] -'
V.
[008引 MS(m/z):154.05;
[0089] (3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，1. Imo 1化合物(2)和Imo 1化合物(4-3)室溫反 應(yīng)1 Oh，得化合物（I-3)巧化合物（II-3)。
[009
[0091] MS(m/z):638.20〇
[0092] 實施例4
[0093] 有機光伏材料衍生物的制備，包括W下步驟:在氣氣保護下，在=乙胺、四苯基 麟)鈕存在下，Imol化合物（III)和2mol化I 90°C反應(yīng)2地，即得化合物（IV)。
[0094
[0095] MS(m/z):764.06。
[0096] 實施例5
[0097] 有機光伏材料衍生物的制備，包括W下步驟:在氣氣保護下，在=乙胺、四（=苯基 麟)鈕存在下，Imol化合物（III)和3mol化I 85°C反應(yīng)26h，即得化合物（IV)。
[009引 MS(m/z):764.06。
[0099] 實施例6
[0100] 有機光伏電池，依次包括：
[0101] (1)館滲雜玻璃基底；
[0102] (2)銅滲雜的口 0薄膜；
[0103] (3)滲雜抗氧化劑的陽DOT = PSS層;其中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%
[0104] (4)有機光伏材料衍生物層；
[0105] (5)硫滲雜的化2〇3薄膜；
[0106] (6)侶電極；
[0107] 將實施例1至5的有機光伏材料用于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。
[010引表1電池性能
[0109]
[0110] 其中，對照組采用富勒締替代有機光伏材料衍生物層。
[01穩(wěn)定性試驗：
[0112] 將上述電池加熱五天，測試電池性能，見表2。
[0113] 表2電池性能
[0114]
[0115] 其中，對照組采用富勒締替代有機光伏材料衍生物層。
[0116] 上述有機光伏電池的制備方法，包括W下步驟：
[0117] (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；
[011引（2)在銅滲雜的ITO薄膜表面，通過旋涂法或蒸鍛法制備滲雜抗氧化劑的PED0T: 銀；
[0119] (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有機光伏材料 衍生物層；
[0120] (4)在有機光伏材料衍生物層表面，通過旋涂法或蒸鍛法制備硫滲雜的吐2〇3薄膜； (5)在硫滲雜的化2化薄膜表面，通過蒸鍛法制備侶電極。
[0121] 其中現(xiàn)有技術(shù)中旋涂法或蒸鍛法均可W實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
【主權(quán)項】
1. 一種有機光伏材料，其結(jié)構(gòu)式如式α)或式(π)所示：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。2. 權(quán)利要求1所述的有機光伏材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟： (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);(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分別獨立的為Η或1-5個碳原子的直鏈或支鏈烷烴； (3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，化合物（2)和化合物(4)室溫反應(yīng)8-12h，得式（I) 所示的化合物；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。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機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（1-1.2): Ιο4. 一種有機光伏材料，其結(jié)構(gòu)式如式(III)所示：5. 權(quán)利要求4所述的有機光伏材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟： (1) DMF溶劑中，化合物⑴與POC13室溫反應(yīng)0.5-1.5h，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所述的有機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. -種有機光伏材料衍生物，其結(jié)構(gòu)式如式(II)所示：8. 權(quán)利要求7所述的有機光伏材料衍生物的制備方法，其特征在于: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(yīng)24-26h， 即得化合物(IV)。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機光伏材料衍生物的制備方法，其特征在于:化合物（III) 和Cul的摩爾比為1: (2-3)。
【文檔編號】C07D487/22GK105924446SQ201610270323
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】陳寶山, 徐飛, 李玉芳, 李超, 徐福祥, 張立恒
【申請人】揚州鑫晶光伏科技有限公司