[發明專利]一種A-D-A型結構有機小分子光伏材料

在審

• 申請號: 202011316517.3
• 申請日: 2020-11-21
• 公開（公告）號: CN112300200A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 李敏;劉煜;那兵;李作佳;許千千;王經偉
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: C07D519/00
• 分類號: C07D519/00;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 宮建華

本發明提供一種A?D?A型結構有機小分子光伏材料，該材料的特點是以染料還原橙3衍生物為給體單元，并分別以2?乙基己氧基和2?異辛基噻吩作為修飾側鏈，通過烷基化反應、低溫親電取代和stille偶聯反應，獲得染料還原橙3衍生物為中心核的A?D?A型結構有機小分子光伏材料，其以染料還原橙3和吡咯并吡咯二酮為起始原料，制備成本低廉，其以富勒烯PC₇₁BM為受體的單層器件本體異質結太陽能電池的最大能量轉化效率和短路電流分別高達2.33％和6.82mA cm^?2。本發明所涉及的A?D?A型結構有機小分子具有良好的溶解性和穩定性，具有寬的光譜吸收范圍強的吸光能力和合適的能級結構，有望用于有機太陽能電池的給體材料。

技術領域

本發明涉及有機小分子光伏領域，特別涉及了一種基于染料還原橙3衍生物為中心核的A-D-A型結構有機小分子光伏材料的合成及應用。

背景技術

隨著全球經濟的快速發展，作為不可再生資源的天然能源的化石燃料的過度開發和使用，使能源面臨枯竭且引發了嚴重的的環境問題，全球氣候變暖及霧霾天氣出現頻率越來越高。在幾類可持續發展能源中，太陽能具有綠色環保、使用便捷且不受地域限制的優點使其脫穎而出，可謂是取之不盡，用之不竭^[1]。而如今的信息時代，電能扮演著越來越重要的角色。因此，將太陽能轉化為電能來為人們所用不失為一個明智之舉。早在19世紀法國的物理學家Becquerel就發現，半導體在接受光照后會產生電壓，這種現象在物理學上稱為光生伏特效應(photovoltaic effect)。1954年，美國的貝爾研究所成功地研制出第一塊硅太陽能電池，光電轉化效率達到6％，這說明將太陽能轉化為電能并投入應用成為可能^[2]。目前的太陽能電池主要可分為：硅太陽能電池(silicon solar cells)、染料敏化太陽能電池(dye sensitized solar cell,簡稱DSSC)、有機太陽能電池(organic solar cells,簡稱OSCs)和鈣鈦礦太陽能電池(pervoskite solar cells)等。目前實現產業化的太陽能電池主要是硅太陽能電池，在實驗室里最高的轉換效率達到了26％^[3]，接近理論效率29％的上限。但由于硅單晶太陽能電池制作成本高且污染環境，限制了它的發展。染料敏化太陽能電池目前光電轉化效率較低，且溶液電解質不穩定使其走出人們的視野。鈣鈦礦太陽能電池制備成本較低，光電轉換效率比較理想，其效率已超過20％。但是目前存在對環境易造成污染、器件壽命短、穩定性低、較難進行柔性器件制備等缺點^[4-7]。有機太陽能電池的材料來源廣泛、低成本、分子易調控、重量輕、柔韌性好、可以進行大面積的柔性制備。因此，有機太陽能電池具有長遠發展的潛力，為解決未來全球的能源問題提供了一種新的選擇。

其中，本體異質結有機太陽能電池(BHJ-OSC)分為聚合物有機太陽能電池材料(BHJ-PSC)和小分子有機太陽能電池材料(BHJ-SMOSC),基于聚合物有機太陽能電池材料BHJ-PSC)單層器件的光電轉化最高效率(PCE)達到了18.22％^[8]，基于有機小分子三元器件最高效率的BHJ-SMOSC的PCE達到了13.6％^[9]，單層器件光電轉化效率PCE最高達到了11.5％^[10]。有機小分子光伏材料，與聚合物光伏材料相比，分子結構與器件性能之間的關系更加明確和可靠，因此，BHJ-SMOSC成為未來極具發展潛力的有機太陽能電池，是除了有機聚合物太陽能電池之外的有力競爭者^[9-13]。

附：主要參考文獻

[1].D.Whrle,D.Meissner.Advanced Materials,1991,3,129.

[2].M.Green.Progress in Photovoltaics:Research and Applica-tions,2005,13,447.