[發明專利]在水或水/醇中可溶的酞菁衍生物及用于制備有機和聚合物太陽能光伏器件

有效

• 申請號: 201310606335.3
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103601728A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 王悅
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C07D487/22
• 分類號: C07D487/22;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠

技術領域

本發明屬于聚合物太陽能光伏器件技術領域，具體涉及一類在水或水/醇中可溶的酞菁衍生物及這些衍生物在制備有機和聚合物太陽能光伏器件方面的應用。

背景技術

有機和聚合物太陽能電池受到很大的關注，其優勢是可以應用旋涂工藝制作出成本低廉并且柔性基底的器件。在材料設計、器件優化和界面工藝方面取得了很大的進步，活性層和電極之間的界面修飾層在激子傳輸和分離方面尤其重要，決定了器件的性能和穩定性。

當前，聚合物太陽能電池最高的能量轉換效率（PCE）已經達到9%以上，為了進一步的提高能量轉換效率，在合成新材料、器件制作和控制活性層形貌等方面投入了很大的努力。通過改良陰極界面修飾層減小電荷收集/分離的障礙形成歐姆接觸提升能量轉換效率的研究，近年來引起越來越多的關注。氟化鋰、金屬氧化物和醇/水溶解的有機小分子和聚合物常用作陰極界面修飾材料，相比于其它的界面修飾材料，醇/水溶解的有機小分子和聚合物的優勢是在器件制作過程中用非真空蒸鍍而且對環境友好的方法，還有對不同的活性層和金屬電極有普適性。因為溶解于醇/水的有機小分子或者聚合物可以避免破壞活性層。醇/水溶解的有機小分子和聚合物在聚合物太陽能電池陰極界面修飾材料很有前景。P3TMAHT和PF2/6-b-P3TMAHT作為陰極界面修飾層可以把PCDTBT:PC71BM體系的能量轉換效率從5%提升到6%以上（J.H.Seo,A.Gutacker,Y.Sun,H.Wu,F.Huang,Y.Cao,U.Scherf,A.J.Heeger,G.C.Bazan,J.Am.Chem.Soc.2011,133,8416.）。PFN是一個很經典的陰極界面修飾材料，最近有報道，PTB7:PC71BM傳統器件的PCE提升到8.37%（Z.He,C.Zhong,X?Huang,W.-Y.Wong,H.Wu,L.Chen,S.Su,Y.Cao,Adv.Mater.2011,23,4636.），反式器件的PCE提升到9.26%（Z.C.He,C.M.Zhong,S.J.Su,M.Xu,H.B.Wu,Y.Cao,Nat.Photonics2012,6,591）。

合適的陰極界面修飾材料必須滿足下面幾個條件：1，在水或水/醇中溶解性很好，這樣避免破壞活性層；2，它可以有效的降低金屬電極的功函（WF），而且空穴阻擋能力很好；3，它有較好的電子傳輸能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一類在水或水/醇混合體系中可溶解的酞菁衍生物，這些酞菁衍生物可以在有機和聚合物太陽能光伏器件方面得到應用，進一步用于制備光伏器件的陰極界面修飾輸層，該陰極界面修飾層處于光伏器件的活性層和陰極之間，能夠有效地提高器件的能量轉換效率。

本發明所涉及的化合物如下所示：

本發明所涉及的化合物合成路線如下所示：

本

本發明的化合物可以作為陰極界面修飾材料用于制備有機和聚合物太陽能光伏器件，采用的器件結構如圖1所示。器件結構依次包括：附著在透光玻璃上的ITO作為陽極、PEDOT:PSS作為陽極修飾層、P3HT:PCBM等作為活性層，本發明所述的含有酞菁衍生物（PC）材料作為陰極修飾層，金屬Al作為陰極。

附圖說明

圖1：應用本發明所述材料制備的太陽能光伏器件結構示意圖；

圖2：應用本發明所述化合物制備的太陽能光伏器件I-V性能圖。

如圖1所示，各部件名稱為：透明玻璃基底1、附著在玻璃表面上的陽極ITO氧化物導電層2、PEDOT:PSS（聚3，4-乙撐二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸鹽）陽極修飾層3、器件活性層4、包含本發明所述化合物的陰極修飾層5、金屬Al陰極6。

如圖2所示，基于本發明化合物C8-Zn-Pc-m-Py8-CH₃I8的光伏器件[ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/C8-Zn-Pc-m-Py8-CH₃I8/Al]其特性如下：開路電壓為0.60V，短路電流密度為10.29mA?cm^-2，填充因子55%，經計算光電轉化效率為3.4%。

具體實施方式