一種有機光伏電池及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種有機光伏材料包括襯底；陰極界面層；真空注入層；有機光伏材料衍生物層；電子傳輸層；陽極。本發明還提供了上述材料的制備方法。本發明提供的有機光伏電池遷移率高能量轉換率高、材料的穩定性好、耐久性好，電池壽命長。
【專利說明】
一種有機光伏電池及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于光伏材料領域，特別涉及一種有機光伏電池，還涉及該光伏電池的制 備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著全球范圍內能源緊缺和環保問題的日益突出，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最具規模化 開發條件和商業化發展前景的發電方式之一，越來越受到人們的關注。過去幾十年中，太陽 能電池板的制造業規模迅速擴大。2013年，美國太陽能產業的增長率高達116 %，在新能源
技術領域中首屈一指。美國太陽能光伏發電項目"太陽能之星"裝機容量達1.5萬kW;日本 SANYO太陽能方舟發電功率達到630kW，每年發電53萬kWh;國內建成的深圳國際園林花卉博 覽園光伏并網發電系統裝機容量達IMff，目前已投入使用。
[0003] 最早的光伏效應是Edmund Bequerel在1839年發現的，一百多年后（1954年），隨著 硅半導體工業的發展，第一個能用于實際發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結為基礎，光電轉化效率為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 投入到這個領域的研究和開發中來。其發展速度之快也得益于其獨有的優點和特性，例如： 有機材料合成成本低、功能易于調制、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;可實現大面積制造、可使用柔性襯底、環境友好、輕便易攜等。 當然現有有機太陽能材料仍有不少缺點：材料迀移率低，高體電阻，從而導致能量轉換率 低;材料的穩定性和耐久性不夠好，電池壽命短。
【發明內容】
[0005] 技術問題:為了解決現有技術的缺陷，本發明提供了一種能量轉化率高、穩定性 好、耐久性好的有機光伏電池。
[0006] 技術方案:本發明提供的一種有機光伏材料，其結構式如式(I)或式(II)所不：
[0007]
[0008] 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烷烴。
[0009] 本發明還提供了上述有機光伏材料的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (I)DMF溶劑中，化合物⑴與POCl3室溫反應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8-12h，分子內環合，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烷烴；
[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8-12h，得式 (I)所示的化合物；
[0016]
[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烷烴。
[0018] 其中，步驟（1)中，化合物（1)與POCl3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] 本發明還提供了一種有機光伏材料，其結構式如式(III)所示：
[0020]
[0021]本發明還提供了上述有機光伏材料的制備方法，包括以下步驟：
[0022] (I)DMF溶劑中，化合物⑴與POCl3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，分子內環合，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（I)中，化合物（I)與POCl3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] 本發明還提供了一種有機光伏材料衍生物，其結構式如式(II)所示：
[0030]
[0031] 本發明還提供了上述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CuI 85-90°C反應24-26h，即得化 合物(IV)。
[0032] 優選地，化合物（I II)和Cu I的摩爾比為1: (2-3)。
[0033]本發明還提供了一種有機光伏材料衍生物，其結構式如式(V)或式(VI)所示：
[0034]
[0035] 本發明還提供了上述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CuI 85-90°C反應24-26h，即得化 合物(V);在氬氣保護下，在三乙胺、四（三苯基膦)鈀存在下，化合物（IV)和CuI 85-90°C反 應24-26h，即得化合物(VI)。
[0036] 優選地，化合物（IIII)或化合物（IV)和CuI的摩爾比為1: (2-3)。
[0037]本發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構式如式(I)或式(II)所示：
[0045]
[0046] 其中，R為H或1-3個碳原子的直鏈或支鏈烷烴。
[0047] 作為優選，所述襯底為銪摻雜玻璃基底。
[0048]作為另一種優選，所述陰極界面層為鑭摻雜的ITO薄膜。
[0049]作為另一種優選，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量的0.04-0.06%〇
[0050]作為另一種優選，所述電子傳輸層為硫摻雜的Cr2O3薄膜。
[0051]作為另一種優選，所述陽極為鋁電極。
[0052]本發明還提供了一種有機光伏電池的制備方法，包括以下步驟：
[0053] (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ITO薄膜；
[0054] (2)在鑭摻雜的ITO薄膜表面，通過旋涂法或蒸鍍法制備摻雜抗氧化劑的PEDOT: PSS 層；
[0055] (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，通過旋涂法或蒸鍍法制備硫摻雜的Cr2O 3薄膜；
[0057] (5)在硫摻雜的Cr2O3薄膜表面，通過蒸鍍法制備鋁電極。
[0058]有益效果:本發明提供的有機光伏材料材料迀移率高能量轉換率高、材料的穩定 性好、耐久性好，電池壽命長。
【具體實施方式】 [0059] 實施例1
[0000]有機光伏材料，米用以下方法制得：
[0061 ] (I )DMF溶劑中，2mol化合物（1)與4mol POCl3室溫反應1 · 5h，得化合物(2);
[0062]
[0063] MS(m/z)：199.05；[0064] (2)堿性條件下，1.5mo 1化合物（3-1)于350 °C反應8h，分子內環合，得化合物(4-1)；
[0065]
[0066] MS(m/z)：196.10；
[0067] (3)在TFA催化劑、DDQ氧化劑存在下，Imol化合物⑵和Imo 1化合物(4-1)室溫反應 8h，得化合物(1-1)和化合物(II-I);
[0068]
[0069] MS(m/z)：722.29〇
[0070] 實施例2
[0071 ]有機光伏材料，采用以下方法制得：
[0072] (I )DMF溶劑中，2mol化合物（1)與6mol POCl3室溫反應0 · 5h，得化合物(2);
[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12h，分子內環合，得化合物(4-2)；
[0076]
Λ·
[0077] MS(m/z):224.13;
[0078] (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 12h，得化合物(I-2)和化合物(II-2)。
[0079]
[0080] MS(m/z)：778,35〇 [0081 ] 實施例3
[0082]有機光伏材料，采用以下方法制得：
[0083] (I)DMF溶劑中，2mol化合物（1)與5mol POCl3室溫反應lh，得化合物(2);
[0084]
[0085] MS(m/z):199.05;
[0086] (2)堿性條件下，1.5mol化合物(3)于345°C反應IOh，分子內環合，得化合物(4);
[0087]
[0088] 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I Oh，得化合物(I -3)和化合物(I I -3)。
[0090]
[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，包括以下步驟:在氬氣保護下，在三乙胺、四（三苯基 膦)鈀存在下，Imol化合物（III)和2mol CuI 90°C反應24h，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，包括以下步驟:在氬氣保護下，在三乙胺、四（三苯基 膦)鈀存在下，Imol化合物（III)和3mol CuI 85°C反應26h，即得化合物（IV)。
[0098] MS(m/z)：764,06〇 [0099] 實施例6
[0100]有機光伏電池，依次包括：
[0101] (1)銪摻雜玻璃基底；
[0102] (2)鑭摻雜的ITO薄膜；
[0103] (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量的〇. 04-0.06 %
[0104] (4)有機光伏材料衍生物層；
[0105] (5)硫摻雜的Cr2O3薄膜；
[0106] (6)鋁電極；
[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。
[0108] 表1電池性能
L〇11〇」其中，對照組采用富勒烯替代有機光伏材料衍生物層。
[0111] 穩定性試驗：
[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
[0115] 其中，對照組采用富勒烯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，包括以下步驟：
[0117] (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ITO薄膜；
[0118] (2)在鑭摻雜的ITO薄膜表面，通過旋涂法或蒸鍍法制備摻雜抗氧化劑的PEDOT: PSS 層；
[0119] (3)在摻雜抗氧化劑的PEDOT: PSS層表面，通過旋涂法或蒸鍍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，通過旋涂法或蒸鍍法制備硫摻雜的Cr2O 3薄膜；
[0121] (5)在硫摻雜的Cr2O3薄膜表面，通過蒸鍍法制備鋁電極。
[0122] 其中現有技術中旋涂法或蒸鍍法均可以實現本發明的目的。
【主權項】
1. 一種有機光伏電池，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) 有機光伏材料衍生物層； (5) 電子傳輸層； (6) 陽極； 其中，所述有機光伏材料的結構式如式(I)或式(II)所示：其中，R為H或1-3個碳原子的直鏈或支鏈燒控。2. 根據權利要求1所述的一種有機光伏電池，其特征在于：所述襯底為館滲雜玻璃基 底。3. 根據權利要求1所述的一種有機光伏電池，其特征在于:所述陰極界面層為銅滲雜的 ITO薄膜。4. 根據權利要求1所述的一種有機光伏電池，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 的含量占活性層質量的0.04-0.06%。5. 根據權利要求1所述的一種有機光伏電池，其特征在于:所述電子傳輸層為硫滲雜的 CnO褲膜。6. 根據權利要求1所述的一種有機光伏電池，其特征在于:所述陽極為侶電極。7. 權利要求1所述的一種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有機光伏材料衍生 物層； (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】C07D487/22GK105914297SQ201610271039
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】徐福祥, 李玉芳, 徐飛, 李超, 陳寶山, 張立恒
【申請人】揚州鑫晶光伏科技有限公司