[發(fā)明專利]一種非稠合電子受體材料及其構(gòu)筑的有機太陽能電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110346273.1
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113072533A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 李昌治;聞天驕;劉志璽;劉思雅;陳紅征
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: C07D333/24
• 分類號: C07D333/24;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明公開了一種非稠合電子受體材料及其構(gòu)筑的有機太陽能電池，它包括襯底、陰極、電子傳輸層、活性層、陽極修飾層和陽極，其中活性層為聚合物給體和非稠合電子受體的共混膜。通過在中間噻吩基團引入二維的苯基側(cè)鏈實現(xiàn)對非稠環(huán)分子的光電性能優(yōu)化，基于本發(fā)明受體材料制備的有機太陽電池具有很高的開路電壓V_OC(0.93–0.95V)和拓寬的光譜響應范圍(300?850nm)，能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)最高可達到12.76％，相比于傳統(tǒng)的基于烷基側(cè)鏈的非稠合電子受體，本發(fā)明實現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換效率120％提升，具有應用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源材料領(lǐng)域，尤其涉及一種非稠合電子受體材料及其有機太陽能電池應用。

背景技術(shù)

近年來，有機非富勒電子受體材料及其構(gòu)筑的太陽能電池發(fā)展迅速，單結(jié)器件的最高效率已經(jīng)超過18％(Adv.Mater.2021,2007231)。但是，高效的非富勒烯受體都包含多元稠環(huán)的共軛結(jié)構(gòu)，稠環(huán)電子受體分子具有剛性平面共軛結(jié)構(gòu)(Nat.Mater.2018,17,119；Nat.Rev.Mater.2018,3,18003)。然而，稠環(huán)類分子合成和提純步驟繁瑣，顯著增加材料合成成本，不利于達成有機光伏效率與成本的綜合平衡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有稠環(huán)非富勒烯受體合成繁瑣的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易合成的非稠合電子受體材料，通過非共價鍵作用來促進分子骨架的平面化，極大降低分子合成復雜度，還能賦予結(jié)構(gòu)簡單的受體分子優(yōu)異的光電性質(zhì)，相應的太陽電池仍能保持高光電轉(zhuǎn)化效率。

本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供了一種非稠合電子受體材料，其分子結(jié)構(gòu)為A-B-D-B-A形式；

所述D為如下化學結(jié)構(gòu)式中的一種，作為給體基團：

所述B為如下化學結(jié)構(gòu)式中的一種，作為橋連基團：

所述A為如下化學結(jié)構(gòu)式中的一種，作為受體基團：

式中，R₁及R₂為修飾基團。

作為優(yōu)選，所述的修飾基團R₁包括H、C1-C17的直鏈烷基及C3-C17的支鏈烷基。

進一步優(yōu)選的，所述的修飾增溶基團R₁為：

作為優(yōu)選，所述的修飾基團R₂包括H、C1-C17的直鏈烷基及C3-C17的支鏈烷基，C1-C17的直鏈烷氧基、C3-C17的支鏈烷氧基。

進一步優(yōu)選的，所述的修飾增溶基團R₂為：

第二方面，本發(fā)明還提供了一種有機太陽能電池，其中的活性層包括供體材料及如第一方面任一所述的非稠合電子受體材料。

作為優(yōu)選，所述活性層為供體材料及非稠合電子受體材料的共混膜；其中供體材料化學結(jié)構(gòu)式如下所示：

作為優(yōu)選，所述活性層中供體材料與非稠合電子受體材料的質(zhì)量比為1：5～5：1，活性層的厚度為40～1000nm。

進一步優(yōu)選的，活性層經(jīng)過退火處理，退火溫度為20～250℃，退火時間為1～60min。

作為優(yōu)選，所述有機太陽能電池為層狀結(jié)構(gòu)，其順序由下至上分別為襯底、陽極、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層和陰極。