[發明專利]一類醌式結構化合物作受體材料在太陽能電池中的應用

在審

• 申請號: 201810565963.4
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108767115A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 孫世新;邢蓉;孫瑞;王華;方東;李振興
• 申請（專利權）人: 鹽城師范學院
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48;C07D487/04
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本發明提供了一類醌式結構化合物作受體材料在太陽能電池中的應用。該類化合物具有較強的電子離域和電荷轉移導致較窄的光學帶隙和強的光學吸收性質，最大吸收截止波長拓展到近紅外區，活性層吸光性能好，形貌調節簡單的特點；本發明提供了該類化合物進行溶液加工制備有機太陽能電池器件的方法。以化合物DPPMDPC6為受體材料與商業化的給體材料PTB7制備電池器件產生的開路電壓為0.88 V，短路電流為12.84 mA/cm²，光電轉換效率達到6.12%。本發明為醌式結構化合物作受體材料在有機太陽能電池器件中提供新的思路。

技術領域

本發明屬于有機光伏材料領域，涉及一類醌式結構化合物作受體材料在太陽能電池中的應用。

背景技術

傳統的太陽能電池的受體材料是富勒烯衍生物，該類化合物存在著可見光區吸收弱、較低的形貌穩定性及軌道能級難調節的問題（Small2017, 13, 1701120），雖然經過精心設計給體分子和器件優化也能達到較高的效率，但光吸收性質的局限和器件高能量損失的缺點限制著電池效率的提升（Nat. Energy2016, 1, 15027）。近紅外吸光的有機半導體材料由于光學帶隙較小（Eg＜1.5 eV），可充分吸收約占太陽輻射強度50%的近紅外區段的光能，在有機太陽能電池領域掀起了一股研究熱潮。設計合成近紅外吸收特性的受體材料，制備光伏器件可以充分的提高太陽光的吸收效率（Energ. Environ. Sci.2017, 10,161）。

目前研究較多的非富勒烯類受體材料主要包括酰亞胺類（J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 375-380）、吡咯并吡咯二酮（diketopyrrolopyrrole，DPP）類（Dyes and Pigments2017, 137, 553-559）和稠環電子受體類（Energ. Environ. Sci.2017, 10,1610-1620）如ITIC（Nat. Commun.2016, 7, 13651）。雖然可以在稠環化合物的末端引入吸電子的基團實現分子內強的電荷轉移，降低材料的光學帶隙，但受結構單元自身的影響，稠環電子受體材料難以實現近紅外光的吸收。Yao報道了基于噻吩基苯并噻吩和吡啶甲腈（Methyl-Dioxocyano-Pyridine, MDP）骨架的醌式結構系列化合物，該材料吸光并未到近紅外光區，光電轉換效率在5%左右（Chem. Mater.2015, 27, 4719），而且體系采用富勒烯類受體材料，該受體材料分離和純化比較困難，光活性層的吸光范圍也局限在可見光區，并不能吸收近紅外光，而且活性層形貌較難調節，器件重現性較差。因此制備近紅外吸光的受體材料需要利用更合適的結構體系，DPP和MDP都具有很好的電子離域性能，而且DPP骨架是吸光很強的染料基團，存在著酮式與醌式的互變異構，而MDP是一個很好的吸電子單元，所以兩個基團的組合有望構建近紅外吸光的受體材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一類醌式結構化合物作受體材料在太陽能電池中的應用。

本發明提供的一類吡咯并吡咯二酮骨架的醌式結構化合物，其結構如式I所示，標記為DPPMDPC6。

式I

本發明提供的制備式I所示的化合物DPPMDPC6的方法參考文獻（Chem. Mater.2015,27, 4719）。