有機太陽能電池及其制造方法

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有機太陽能電池及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及有機太陽能電池及其制造方法。特別地，根據(jù)本發(fā)明的有機太陽能電池可通過溶液制造，且可包括因氫鍵而具有強結(jié)合力并具有優(yōu)異結(jié)晶度的光活性層。因此，根據(jù)本發(fā)明的有機太陽能電池可在例如驅(qū)動電壓、電流、壽命等特性方面顯示出優(yōu)異性。
【專利說明】
有機太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明要求于2014年1月17日在KIPO提交的韓國專利申請No. 10-2014-0005862的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用整體并入本文。
[0002] 本發(fā)明設(shè)及有機太陽能電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 太陽能電池為可通過應(yīng)用光伏效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。太陽能電池可根據(jù)構(gòu)成薄膜的材料而分成無機太陽能電池和有機太陽能電池。典型的太陽能電池使用通過滲雜作為無機半導體的晶體娃(Si)而獲得的p-n結(jié)來制備。由于光的吸收而產(chǎn)生的電子和空穴擴散到p-n結(jié)點，通過電場加速并且移動到電極。該過程的能量轉(zhuǎn)換效率定義為給予外部電路的能量與供入太陽能電池的太陽能之比，并且當在現(xiàn)有標準化虛擬太陽照射條件下測量時達到至多24%。然而，由于相關(guān)領(lǐng)域中的無機太陽能電池在經(jīng)濟可行性和可用材料方面顯示出限制性，因此容易處理、廉價并且具有多種功能性的有機半導體太陽能電池成為長期替代能源的焦點。
[0004] 由于有機太陽能電池使用少量的多種有機半導體材料，材料成本可降低，并且薄膜可通過濕法制備，因此可W通過簡單方法制備裝置。
[0005] 根據(jù)光活性層的結(jié)構(gòu)，有機太陽能電池分為:雙層p-n結(jié)型有機太陽能電池，其包括由P型半導體薄膜和n型半導體薄膜的兩個層構(gòu)成的光活性層；W及本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)型有機太陽能電池，其包括其中將n型半導體和P型半導體共混的光活性層。
[0006] 在太陽能電池中，重要的是提高效率W使得可W從太陽能輸出盡可能多的電能。為了提高太陽能電池的效率，還重要的是從半導體內(nèi)部產(chǎn)生盡可能多的激子，而還重要的是無損失地將所產(chǎn)生的電荷取出至外部。電荷損失的原因之一為所產(chǎn)生的電子和空穴因復合而煙滅。已提出多種方法作為無損失地將所產(chǎn)生的電子或空穴轉(zhuǎn)移至電極的方法，但大部分方法需要另外的過程，并且因此制造成本可能提高。
[0007] 引用列表 [000引專利文獻
[0009] 韓國專利申請公開官方公報No. 10-2010-0011186

【發(fā)明內(nèi)容】
[001日]技術(shù)問題
[0011]本發(fā)明的一個目的為提供一種用于光活性層的材料W及包含其的有機太陽能電池，所述材料可具有高空穴遷移率W顯示出優(yōu)異的電特性，并且通過具有穩(wěn)定的HOMO能級 W致具有高開路電壓而在光電轉(zhuǎn)換效率特性方面特別優(yōu)異。此外，高光電轉(zhuǎn)換效率可通過經(jīng)由熱處理提高空穴遷移率而獲得。此外，本發(fā)明的另一個目的為提供因制造過程簡單而可大量生產(chǎn)的電子供體材料。
[0012]技術(shù)方案
[0013] 本發(fā)明的示例性實施方案提供了有機太陽能電池，其包括：
[0014] 陽極、陰極、和布置在所述陽極和所述陰極之間的具有一個或更多個層的有機材料層，
[0015] 其中所述具有一個或更多個層的有機材料層中的至少之一包含經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物，
[0016] 所述經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物包含能夠形成氨鍵的基團，W及
[0017] 所述化合物在經(jīng)受熱處理、光處理、或酸處理之前包含待通過熱處理、光處理、或酸處理移除的離去基團。
[0018] 此外，本發(fā)明的另一個示例性實施方案提供了用于制備有機太陽能電池的方法，所述方法包括：
[0019] 制備基底；
[0020] 在所述基底上形成陽極或陰極；
[0021] 在所述陽極或陰極上形成具有一個或更多個層的有機材料層；W及
[0022] 在所述具有一個或更多個層的有機材料層上形成陰極或陽極，
[0023] 其中形成所述具有一個或更多個層的有機材料層包括:通過使用包含待通過熱處理、光處理、或酸處理移除的離去基團的化合物形成薄膜；W及
[0024] 使形成的薄膜經(jīng)歷熱處理、光處理、或酸處理，W及
[0025] 經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的薄膜包含含有能夠形成氨鍵的基團的化合物。
[0026] 本發(fā)明的有利效果
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的有機太陽能電池可通過溶液法制造，并且可包含因氨鍵而具有強結(jié) 合力且結(jié)晶度優(yōu)異的光活性層。因此，根據(jù)本發(fā)明的有機太陽能電池可顯示出在驅(qū)動電壓、電流、使用壽命等方面的優(yōu)異特性。
【附圖說明】
[0028] 圖1為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的熱處理過程之后式1-1的UV光譜結(jié)果的圖。
[0029] 圖2為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的制備例1的化合物1的NMR結(jié)果的圖。
[0030] 圖3為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的制備例1的化合物1的MS數(shù)據(jù)的圖。
[0031] 圖4為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的制備例1的化合物2的NMR結(jié)果的圖。
[0032] 圖5為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的制備例1的化合物2的MS數(shù)據(jù)的圖。
[0033] 圖6和圖7為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的制備例1的化合物3的醒R結(jié)果的圖。
[0034] 圖8為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的制備例2的式1-2的MS數(shù)據(jù)的圖。
[0035] 圖9為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的式1-1的UV光譜的圖。
[0036] 圖10為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的式1-1的熱重分析的圖。
[0037] 圖11為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的式1-1的IR光譜的圖。
[0038] 圖12為示出根據(jù)比較例1的有機太陽能電池的電流密度根據(jù)電壓變化的圖。
[0039] 圖13為示出根據(jù)實驗例1的有機太陽能電池的電流密度根據(jù)電壓變化的圖。
【具體實施方式】
[0040] 下文將詳述本發(fā)明。
[0041] 當將一個構(gòu)件放置在另一個構(gòu)件"上"時，本發(fā)明不僅包括一個構(gòu)件與另一個構(gòu)件相鄰的情況，還包括兩個構(gòu)件之間存在第=構(gòu)件的情況。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的有機太陽能電池包括陽極、陰極、W及布置在所述陽極與所述陰極之間的具有一個或更多個層的有機材料層，
[0043] 其中所述具有一個或更多個層的有機材料層的至少之一包含經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物，
[0044] 所述經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物包含能夠形成氨鍵的基團，W及
[0045] 所述化合物在經(jīng)受熱處理、光處理、或酸處理之前包含待通過熱處理、光處理、或酸處理移除的離去基團。
[0046] 具體地說，根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的有機太陽能電池包括陽極、陰極、W及布置在所述陽極和所述陰極之間的具有一個或更多個層的有機材料層，且所述具有一個或更多個層的有機材料層包含通過W下方法形成的有機材料層，所述方法包括通過使用其中引入有待通過熱處理、光處理、或酸處理移除的取代基(離去基團）的化合物而形成薄膜，然后進行熱處理、光處理、或酸處理，W及
[0047] 通過進行熱處理、光處理、或酸處理形成的有機材料層包含具有能夠形成氨鍵的基團的化合物。
[004引在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，基于通過進行熱處理、光處理、或酸處理形成的有機材料層的總固體含量，在熱處理、光處理、或酸處理之后從其中移除離去基團的化合物W90%或更多的量存在。
[0049] 在本發(fā)明中，能夠形成氨鍵的基團意指可形成氨鍵的官能團。
[0050] 此外，在本發(fā)明中，離去基團意指待通過熱處理、光處理、或酸處理移除的取代基。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的有機太陽能電池包括陽極、陰極、和布置在所述陽極與所述陰極之間的具有一個或更多個層的有機材料層，
[0052] 其中所述具有一個或更多個層的有機材料層中的至少之一通過使用具有能形成氨鍵的基團和離去基團的化合物形成，并且離去基團通過熱處理、光處理、或酸處理移除。
[0053] 在根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的有機材料層中，當移除離去基團時，氨原子代替離去基團被取代，并且取代的氨原子可與分子中和/或分子外的能夠形成氨鍵的基團形成氨鍵。
[0054] 通常，用于制備太陽能電池的有機材料層的材料僅通過因范德瓦爾斯能所致的相互作用而形成堆積，因此是不利的，因為分子間引力不夠強，所W分子間結(jié)合力弱且分子間距離不夠近，因此分子間載體的移動不夠高。此外，由于分子間堆積不充分，容易從外部將空氣或水分引入有機材料層，從而顯示出裝置穩(wěn)定性劣化的傾向。
[0055] 為了解決該缺點，本發(fā)明在有機太陽能電池的制備中通過使用運樣的化合物形成有機材料層:所述化合物可在有機材料層中的材料之間形成比具有弱結(jié)合力的范德瓦爾斯鍵更強的氨鍵。
[0056] 通常，氨鍵通過結(jié)合到具有大電負性的原子(例如0、N、S、和F)的氨與另一相鄰分子的原子(例如〇、N、S、和F)的孤對電子的相互作用產(chǎn)生。由于0、N、S、F等的電負性顯著大于氨原子的電負性，所W在氨原子中部分地產(chǎn)生正電荷，并且在例如〇、N、S、和F的原子中產(chǎn)生部分負電荷。由于帶部分正電荷的氨原子顯示出與帶負電荷的相鄰原子(例如氧、氮、硫、和氣）的強相互作用，因而兩個分子之間的距離非常緊密地堆積，并且容易均勻地排列。就分子間堆積而言，可通過縮小分子間距離來促進光活性層中載體的移動。此外，通過氨鍵形成的光活性層可提高有機太陽能電池對空氣或水分的穩(wěn)定性。
[0057] 在根據(jù)本發(fā)明的有機太陽能電池中，有機材料層可通過本領(lǐng)域已知的方法使用具有能形成氨鍵的基團的化合物形成。
[0058] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，在有機材料層中，所述化合物在經(jīng)歷熱處理、光處理、或酸處理之前包含能形成氨鍵的基團，并且通過使用向其引入離去基團的化合物形成。
[0059] 通常，在有機太陽能電池的制備過程中形成光活性層的方法可分成真空沉積法和溶液施涂法。具體地，由于真空沉積法需要高溫和高真空度，所W難W獲得大的面積，設(shè)備相對昂貴，并且過程相對復雜。相反的，W旋涂法、噴墨印刷法、浸涂法、漉涂法、絲網(wǎng)印刷法等為代表的溶液施涂法可形成具有大面積的薄膜，并使得常溫和常壓下的過程是可行的，因此在可降低制造成本方面有利。
[0060] 然而，具有強分子間相互作用的化合物使有機溶劑難W滲入分子，因此具有材料的溶解度低的傾向。
[0061] 因此，為了在有機太陽能電池的制備中利用有機材料層的材料之間的氨鍵的優(yōu) 勢，本發(fā)明提供了通過W下步驟形成有機材料層的方法：用包含能形成氨鍵的基團的化合物來形成有機材料層W提高分子間堆積和結(jié)晶度，并使用真空沉積法;或通過將大的取代產(chǎn)物引入能形成氨鍵的基團W提高用于有機材料層的材料的溶解度，W使得有機溶劑容易滲入分子，通過溶液法形成有機材料層。
[0062 ]具體地，根據(jù)本發(fā)明所述有機太陽能電池的有機材料層可通過具有能形成氨鍵的基團的化合物形成。
[0063] 目P，分子間相互作用通過向化合物的官能團中引入取代基W移除氨鍵而減弱，所述取代基可通過熱、光或酸移除，所述化合物與N、0、S、和F原子等結(jié)合并包含能形成氨鍵的基團。特別地，當取代基為可提高對溶劑的溶解度的取代基(例如，大取代基)時，化合物的溶解度提高，并且化合物可容易地制備成溶液，使得可通過溶液施涂法使用所制備的溶液形成薄膜。隨后，通過使形成的薄膜經(jīng)歷熱、光或酸處理W移除取代基而產(chǎn)生能夠再次形成氨鍵的具有強結(jié)合力的有機半導體材料。因此，雖然根據(jù)本發(fā)明的用于制備有機太陽能電池的上述方法通過溶液法形成薄膜，但所形成的膜通過氨鍵而具有高的分子間堆積和結(jié)晶度，且同時具有優(yōu)異的對水分或空氣的穩(wěn)定性。
[0064] 在本發(fā)明中，作為具有能夠形成氨鍵的基團的化合物，可使用通過上述作用原理能夠形成氨鍵并且可充當半導體的化合物，而不限制其種類。
[0065] 本發(fā)明中，能形成氨鍵的基團選自：醇基;酪基;兒茶酪基;幾基;硫醇基;和胺基。
[0066] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，化合物在經(jīng)歷熱處理、光處理、或酸處理之前為包含能形成氨鍵的基團并向其中引入離去基團的化合物。
[0067] 在本發(fā)明中，向其中引入離去基團的化合物意指氨被離去基團取代，并且意指當用熱、光、或酸處理化合物時離去基團從其中移除并被氨取代的化合物。
[0068] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，作為能形成氨鍵的基團的醇基、酪基、兒茶酪基、幾基、硫醇基、胺基等可與離去基團形成酸鍵、醋鍵、硫酸鍵、硫醋鍵、和酷胺鍵W引入離去基團。
[0069] 在本發(fā)明中，向能夠形成氨鍵的每個基團中引入的離去基團將說明如下，但不限于此。
[0070] 當能形成氨鍵的基團為醇基時，引入醇基的離去基團包括甲酸、甲氧基甲酸、甲氧基硫甲酸、2-甲氧基乙氧基甲酸、雙(2-氯乙氧基）甲酸、四氨化喃酸、4-甲氧基四氨化喃酸、四氨硫代化喃酸、4-甲氧基四氨化喃酸、4-甲氧基四氨硫代化喃酸、四氨巧喃酸、四氨硫代巧喃酸、1-乙氧基乙酸、1-甲基-1-甲氧基乙酸、2-(苯基砸基）乙酸、叔下酸、締丙酸、苯甲酸、鄰硝基苯甲酸、S苯甲酸、糞二苯甲酸、對甲氧基苯基二苯甲酸、9-(9-苯基-10-氧基)蔥基酸、=甲基甲娃烷基酸、異丙基二甲基甲娃烷基酸、叔下基二甲基甲娃烷基酸、叔下基二苯基甲娃烷基酸、=苯甲基甲娃烷基酸、=異丙基甲娃烷基酸、甲酸醋、乙酸醋、=氯乙酸醋、苯氧基乙酸醋、異下酸醋、新戊酸醋、金剛燒酸醋、苯甲酸醋、2,4,6-S甲基苯甲酸醋、碳酸甲醋、碳酸氯乙醋、碳酸締丙醋、碳酸對硝基苯醋、碳酸苯甲醋、S-苯甲基硫代碳酸醋、N-苯基碳酸醋、硝酸醋、2，4-二硝基苯基次橫酸醋等。
[0071] 優(yōu)選地，當能形成氨鍵的基團為醇基時，引入醇基的離去基團包括S氯乙酸醋、碳酸甲醋、碳酸氯乙醋、碳酸締丙醋、碳酸對硝基苯醋、碳酸苯甲醋、S-苯甲基硫代碳酸醋、硝酸醋、和2，4-二硝基苯基次橫酸醋。
[0072] 更優(yōu)選地，當能形成氨鍵的基團為醇基時，引入醇基的離去基團包括硝酸醋和2， 4-二硝基苯基次橫酸醋。
[0073] 當能形成氨鍵的基團為酪基或兒茶酪基時，引入酪基或兒茶酪基的離去基團包括甲酸、甲氧基甲酸、2-甲氧基乙氧基甲酸、甲氧基硫甲酸、苯甲酯甲酸(penacyl ether)、締丙酸、環(huán)己酸、叔下酸、苯甲酸、鄰硝基苯甲酸、9-蔥甲酸、4-皮考酸(4-picolyl ether)、叔下基二甲基甲娃烷基酸、乙酸芳基醋、新戊酸芳基醋、苯甲酸芳基醋、9-巧甲酸芳基醋、碳酸芳基甲醋、碳酸芳基氯乙醋、碳酸芳基乙締醋、碳酸芳基苯甲醋、甲橫酸芳基醋、亞甲基二氧基衍生物、丙酬化物衍生物、二苯基亞甲基二氧基衍生物、環(huán)狀棚酸醋、環(huán)狀碳酸醋等。
[0074] 當能形成氨鍵的基團為幾基時，引入幾基的離去基團包括二甲基縮醒和縮酬、雙 (2,2,2-S氯乙基)縮醒和縮酬、1,3-二氧六環(huán)、5-亞甲基-1,3-二氧六環(huán)、5,5-二漠-1,3-二氧六環(huán)、1，3-二氧五環(huán)、4-漠甲基-1，3-二氧五環(huán)、4-鄰硝基苯基-1，3-二氧五環(huán)、S，-二甲基縮醒和縮酬、1，3-二嚷燒、1，3-二硫雜環(huán)戊燒、1，3-氧硫雜環(huán)戊燒、鄰=甲基甲娃烷基氯醇、N，N-二甲腺、2,4-二硝基苯腺、鄰苯基硫甲基朽、取代的亞甲基衍生物、雙亞甲基二氧基衍生物、甲基醋、甲氧基甲基醋、甲硫基甲醋、四氨化喃醋（tetrahy化opirany 1 ester)、苯甲氧基甲醋、苯甲酯甲醋(penacyl ester)、N-獻酷亞胺基甲醋、氯乙醋、2-面代乙醋、2-(對甲苯橫酷基）乙醋、叔下醋、肉桂醋、苯甲醋、S苯甲醋、雙(鄰硝基苯基）甲醋、9-蔥基甲醋、2-(9,10-二氧基)蔥基甲醋、胡椒基醋、=甲基甲娃烷基醋、叔下基二甲基甲娃烷基醋、S-叔下醋、2-烷基-1,3-口惡挫嘟、N，N-二甲基酷胺、N-7-硝基嗎I噪基酷胺、酷阱、N-苯基酷阱、N，N/-二異丙基酷阱等。
[0075] 當能形成氨鍵的基團為硫醇基時，引入硫醇基的離去基團包括S-苯甲基硫酸、S- 對甲氧基苯甲基硫酸、S-對硝基苯甲基硫酸、S-4-皮考基硫酸、S-2-皮考基N-氧化物硫酸、 S-9-蔥基甲基硫酸、S-二苯甲基硫酸、S-二(對甲氧基苯基）甲基硫酸、S-=苯基甲基硫酸、 S-2，4-二硝基苯基硫酸、S-叔下基硫酸、S-異下氧基甲基單硫縮醒、S-2-四氨化喃基單硫縮醒、S-乙酷胺基甲基胺基硫縮醒、S-氯甲基硫酸、S-2-硝基-1-苯乙基硫酸、s-2,2-雙（乙氧幾基）乙基硫酸、S-苯甲酯基衍生物、s-(N-乙基氨基甲酸醋）、s-乙基二硫化物等。
[0076] 當能形成氨鍵的基團為胺基時，引入胺基的離去基團包括氨基甲酸甲醋、氨基甲酸9-巧甲醋、氨基甲酸氯乙醋、氨基甲酸2-S甲基甲娃烷基醋、氨基甲酸1,1-二甲基丙烘醋、氨基甲酸1-甲基-1-苯乙醋、氨基甲酸1-甲基-1-(4-聯(lián)苯基）乙醋、氨基甲酸1,1- 二甲基-2-面代乙醋、氨基甲酸1,1-二甲基-2-氯基乙醋、氨基甲酸叔下醋、氨基甲酸環(huán)下醋、氨基甲酸1-甲基環(huán)下醋、氨基甲酸1-金剛燒醋、氨基甲酸乙締醋、氨基甲酸締丙醋、氨基甲酸肉桂醋、氨基甲酸8-哇嘟醋、氨基甲酸N-徑基贓晚醋、4，5-二苯基-3- 口惡挫嘟-2-酬、氨基甲酸苯甲醋、氨基甲酸對硝基苯甲醋、氨基甲酸3,4-二甲氧基-6-硝基苯甲醋、氨基甲酸2，4-二氯苯甲醋、氨基甲酸5-苯并異口惡挫基甲醋、氨基甲酸9-蔥基甲醋、氨基甲酸二苯甲醋、氨基甲酸異煙堿醋、氨基甲酸S-苯甲醋、N-(N^-苯基氨基硫幾基)衍生物、N-甲酯基、 N-乙酷基、N-氯乙酷基、N-S氯乙酷基、N-S氣乙酷基、N-鄰硝基苯基乙酷基、N-鄰硝基苯氧基乙酷基、N-乙酷乙酷基、N-3-苯丙酷基、N-3-(對徑基苯基）丙酷基、N-2-甲基-2-(鄰硝基苯氧基)丙酷基、N-2-甲基-2-(鄰苯基偶氮苯氧基)丙酷基、N-4-氯下酷基、N-鄰硝基肉桂酷基、N-皮考酷基、N-W-乙酷基甲硫胺酷基）、N-苯甲酯基、N-獻酷基、N-二嚷下二酷基、N-締丙基、N-苯甲酯甲基、N-3-乙酷氧基丙基、季錠鹽、N-甲氧基甲基、N-苯甲氧基甲基、N-新戊酷氧基甲基、N-四氨化喃基、N-2,4-二硝基苯基、N-苯甲基、N-鄰硝基苯甲基、N-二(對甲氧基苯基）甲基、N-S苯甲基、N-(對甲氧基苯基）二苯基甲基、N-二苯基-4-化晚基甲基、N-2- 皮考基滬-氧化物、N，N/-亞異丙基、N-亞苯甲基、N-對硝基亞苯甲基、N-亞水楊基、N-(5,5- 二甲基-3-氧基-1-環(huán)己締基、N-硝基、N-氧化物、N-二苯基麟基、N-二甲基硫代麟基、N-苯次橫酷基、N-鄰硝基苯次橫酷基、N-2,4,6-S甲基苯橫酷基、N-甲苯橫酷基、N-苯甲基橫酷基、 N-S氣甲基橫酷基、N-苯甲酯甲基橫酷基等。
[0077] 優(yōu)選地，當能形成氨鍵的基團為胺基時，引入胺基的離去基團包括氨基甲酸1,1- 二甲基-2-面代乙醋、氨基甲酸1,1-二甲基-2-氯基乙醋、氨基甲酸叔下醋、和N-(N^-乙酷基甲硫胺酷基）。
[0078] 更優(yōu)選地，當能形成氨鍵的基團為胺基時，引入胺基的離去基團包括氨基甲酸1， 1-二甲基-2-面代乙醋和氨基甲酸叔下醋。
[0079] 最優(yōu)選地，當能形成氨鍵的基團為胺基時，引入胺基的離去基團為氨基甲酸叔下醋。
[0080] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，離去基團為取代或未取代的醋基。
[0081] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，離去基團為叔下醋基(或叔下氧基幾基）。
[0082] 下文中將說明W下實例W對可用于本發(fā)明的化合物進行詳細描述，但其僅為更好地理解而提供，并且不限于運些實例。
[0083] 在具有能形成氨鍵的基團的化合物中，能形成氨鍵的基團可為由下式1表示的官能團。特別地，在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，化合物在經(jīng)歷熱處理、光處理、或酸處理之前由下式I表示。
[0084] 下式1表示的化合物可包含酬基和NH基作為能形成氨鍵的基團。由下式1表示的化合物彼此形成氨鍵，并因此可產(chǎn)生強相互作用。因此，運些具有強結(jié)合力的化合物或包含運些化合物的用于有機材料層的材料可通過真空沉積形成有機材料層。
[0085] [式U
[0086]
[0087] 在式1中，
[0088] Rl和R2彼此相同或不同，且各自獨立地選自：取代或未取代的醋基、取代或未取代的幾基、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20締基、取代或未取代的C3到C20 環(huán)烷基、取代或未取代的Cs到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到C30烷氧基、取代或未取代的Cs 到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的Cs到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C30燒胺基、取代或未取代的Cs到C60芳胺基、取代或未取代的Cs到C60芳基、W及取代或未取代的C3到C60雜芳基，W及
[0089] Arl和Ar2彼此相同或不同，且各自獨立地選自：取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的Cs到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到C30烷氧基、取代或未取代的Cs到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的Cs到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C30燒胺基、取代或未取代的Cs到C60 芳胺基、取代或未取代的Cs到C60芳基、W及取代或未取代的C3到C60雜芳基。
[0090] 特別地，在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，Arl和Ar2為取代或未取代的雜芳基。
[0091] 在另一個示例性實施方案中，Arl和Ar2為取代或未取代的包含5、56、0、或加勺雜芳基。
[0092] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，式1由下式IA表示。
[0093]
[0094]
[0095] 巧巧IA甲，
[0096] Rl和R2與式1中所定義的那些相同，
[0097] R3到R8彼此相同或不同，且各自獨立地選自：氨、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的Cs到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到C3偏氧基、取代或未取代的Cs到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的Cs到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C30燒胺基、取代或未取代的Cs到 C60芳胺基、取代或未取代的Cs到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60雜芳基，
[009引 Xl和X2彼此相同或不同，且各自獨立地為S、Se、0、或NR，W及
[0099] R選自：氨、取代或未取代的幾基、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2 到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的Cs到C30環(huán)締基、取代或未取代的 Cl到C30烷氧基、取代或未取代的Cs到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的Cs到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C30燒胺基、取代或未取代的Cs到C60芳胺基、取代或未取代的Cs到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60雜芳基。
[0100] 對于式1的Rl到R8、Arl、和Ar2,可另外取代的取代基的實例包括但不限于氯基、面素基團、烷基、締基、烷氧基、甲娃烷基、芳基締基、芳基、雜芳基、巧挫基、芳基胺基、巧基，其未被取代或被芳基、臘基等取代。
[0101] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，化合物在經(jīng)歷熱處理、光處理、或酸處理之前由下式3表示。
[0102] 試3]
[0103；
[0104] 在式3中，
[0105] R3到R8彼此相同或不同，且各自獨立地選自：氨、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的Cs到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到C3偏氧基、取代或未取代的Cs到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的Cs到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C30燒胺基、取代或未取代的Cs到 C60芳胺基、取代或未取代的Cs到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60雜芳基，
[0106] Xl和X2彼此相同或不同，且各自獨立地為S、Se、0、或NR，W及
[0107] R選自：氨、取代或未取代的幾基、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2 到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的Cs到C30環(huán)締基、取代或未取代的 Cl到C30烷氧基、取代或未取代的Cs到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的Cs到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C30燒胺基、取代或未取代的Cs到C60芳胺基、取代或未取代的Cs到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60雜芳基。
[0108] 當在包含能形成氨鍵的基團的化合物中，形成氨鍵的氨原子被例如叔下醋基(或叔下氧基幾基)的大取代基取代時，如下式3的化合物無法形成氨鍵。
[0109] 因此，由于由式3表示的化合物因引入大取代基而無法形成氨鍵，所W分子間結(jié)合力變?nèi)跚胰芙舛却蠓岣撸沟没衔锟芍苽涑扇芤?，從而使得能夠通過溶液法形成薄膜。
[0110]在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，化合物在經(jīng)歷熱處理、光處理、或酸處理之前由下式1-1或1-2表示。
[01"] 11
[01'
[01'
[01'
[0115] 在由式3表示的化合物中，氨原子被叔下氧基幾基取代，分子鍵通過熱處理、光處理、或酸處理而斷裂，并且可由氨鍵取代。
[0116] 在有機化學反應(yīng)中通過熱處理、光處理、或酸處理重新形成氨鍵分子是在官能團的保護和去保護中常用的方法。在此情況下，代替能形成氨鍵的基團而取代的取代基不僅限于作為由式或3表示的化合物的取代基的叔下氧基幾基。通常，作為能形成氨鍵的基團的醇基、酪基、兒茶酪基、幾基、硫醇基、胺基等可通過酸鍵、醋鍵、硫酸鍵、硫醋鍵、和酷胺鍵等進行保護。
[0117] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，在經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物中，式1中的Rl和R2為氨。
[0118] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物如下式 2所示。
[0119] 試2]
[0120：
[0121] 在式2中，Arl和Ar2與上述定義相同。
[0122] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物由下式 4表不。
[0123] ^
[0124]
[0125] 在式4中，
[0126] R3到R8彼此相同或不同，且各自獨立地選自：氨、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的Cs到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到C3偏氧基、取代或未取代的Cs到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的Cs到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C30燒胺基、取代或未取代的Cs到 C60芳胺基、取代或未取代的Cs到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60雜芳基，
[0127] Xl和X2彼此相同或不同，且各自獨立地為S、Se、0、或NR，W及
[0128] R選自：氨、取代或未取代的幾基、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2 到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的Cs到C30環(huán)締基、取代或未取代的 Cl到C30烷氧基、取代或未取代的Cs到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的Cs到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C30燒胺基、取代或未取代的Cs到C60芳胺基、取代或未取代的Cs到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60雜芳基。
[0129] 特別地，通過熱處理、酸處理或光處理從由式3表示的化合物中移除叔下氧基幾基，并且可產(chǎn)生式4的化合物。
[0130] 因此，由于由式3表示的化合物因引入非常大的取代基而無法形成氨鍵，所W分子間結(jié)合力變?nèi)跚胰芙舛忍岣撸沟每芍苽浠衔?，從而使得能夠通過溶液法形成薄膜。
[0131] 此外，在形成薄膜之后，通過熱處理、光處理、或酸處理形成由式2表示的化合物，形成具有強結(jié)合力的分子間氨鍵，并且分子之間的距離非常緊密地堆積且容易均勻地排列。
[0132] 特別地，根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案，由式1表示的化合物通過熱處理、光處理或酸處理轉(zhuǎn)換成由式2表示的化合物，并且由式2表示的化合物可如下所述形成氨鍵。
[013;
[0134]在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物由下式 2-1或2-2表示。
[01351 「井 9-11
[
[
[
[0139] 在根據(jù)本發(fā)明的化合物中，將對取代基如下更詳細地進行描述。
[0140] 如本文所使用，術(shù)語"取代"意指與化合物的碳原子結(jié)合的氨原子改變?yōu)榱硪蝗〈?基，并且取代位置無限制，只要所述位置為氨原子被取代的位置（即取代基可取代的位置）即可，并且當兩個或更多個氨原子被取代時，兩個或更多個取代基可彼此相同或不同。
[0141] 此外，在本發(fā)明中，術(shù)語"取代或未取代的"意指基團未被取代或被選自W下中的一個或更多個取代基取代:気、面素基團、烷基、締基、烷氧基、甲娃烷基、芳基締基、芳基、雜芳基、巧挫基、芳基胺基、芳基、W及臘基，或者未被取代或被所例示取代基中的兩個或更多個取代基連接的取代基取代。例如，"兩個或更多個取代基連接的取代基"可為聯(lián)苯基。即，聯(lián)苯基可為芳基，還可看作兩個苯基連接的取代基。
[0142] 烷基可為直鏈的或支化的，并且其碳原子數(shù)無特別限制，但優(yōu)選為1到20。烷基或亞烷基的實例包括但不限于甲基、乙基、丙基、異丙基、正下基、仲下基、異下基、叔下基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、徑甲基、1-徑乙基、2-徑乙基、2-徑基異下基、1,2-二徑基乙基、1，3-二徑基異丙基、2，3-二徑基-叔下基、1，2，3-S徑基丙基、氯甲基、1 -氯甲基、2-氯甲基、2-氯異下基、1，2-二氯乙基、1，3-二氯異丙基、2，3-二氯-叔下基、1，2，3-S氯丙基、漠甲基、1-漠乙基、2-漠乙基、2-漠異下基、1,2-二漠乙基、1,3-二漠異丙基、2,3-二漠-叔下基、 1,2,3-二漠丙基、艦甲基、1-艦乙基、2-艦乙基、2-艦異了基、1,2-^艦乙基、1,3-^艦異丙基、2,3-二艦-叔下基、1,2,3-立艦丙基、氨基甲基、1-氨基乙基、2-氨基乙基、2-氨基異下基、1,2-二氨基乙基、1,3-二氨基異丙基、2,3-二氨基-叔下基、1,2,3-二氨基丙基、氛甲基、 1-氯乙基、2-氯乙基、2-氯異下基、1,2-二氯乙基、1,3-二氯異丙基、2,3-二氯叔下基、1,2, 3-二氛丙基、硝基甲基、1-硝基乙基、2-硝基乙基、2-硝基異下基、1,2-二硝基乙基、1,3-二硝基異丙基、2,3-二硝基叔下基、1,2,3-二硝基丙基等。
[0143] 締基可為直鏈的或支化的，且其碳原子數(shù)無特別限制，但優(yōu)選為2到20。其實例包括但不限于乙締基、締丙基、1-下締基、2-下締基、3-下締基、1,3-下二締基、1-甲基乙締基、苯乙締基、2,2-^苯基乙締基、1,2-^苯基乙締基、1-甲基締丙基、1,1-^甲基締丙基、2-甲基締丙基、1-苯基締丙基、2-苯基締丙基、3-苯基締丙基、3,3-二苯基締丙基、1,2-二甲基締丙基、1 -苯基-1 -下締基、3-苯基-1 -下締基等。
[0144] 環(huán)烷基優(yōu)選為具有3到20個碳原子的基團，其不會造成位阻。其具體實例包括但不限于環(huán)戊基、環(huán)己基等。
[0145] 環(huán)締基優(yōu)選具有3到20個碳原子，更具體地，其實例包括但不限于在五元環(huán)或六元環(huán)等中具有亞乙締基的環(huán)狀化合物。
[0146] 烷氧基優(yōu)選具有1到30個碳原子，更具體地，其實例包括但不限于甲氧基、乙氧基、異丙氧基等。
[0147] 芳氧基優(yōu)選具有6到60個碳原子，更具體地，其實例包括但不限于苯氧基、環(huán)己氧基、糞氧基、二苯氧基等。
[0148] 燒胺基優(yōu)選具有1到30個碳原子，更具體地，其實例包括但不限于甲胺基、二甲胺基、乙胺基、二乙胺基等。
[0149] 芳胺基優(yōu)選具有5到60個碳原子，更具體地，其實例包括但不限于苯胺基、糞胺基、聯(lián)苯胺基、蔥基胺基、3-甲基-苯胺基、4-甲基-糞胺基、2-甲基-聯(lián)苯胺基、9-甲基-蔥基胺基、二苯胺基、苯基糞胺基、二甲苯基胺基、苯基甲苯基胺基、=苯胺基等。
[0150] 芳基可為單環(huán)的或多環(huán)的，且其碳原子數(shù)無特別限制，但優(yōu)選為6到60。其實例包括但不限于苯基、二苯乙締基、1-糞基、2-糞基、1-蔥基、2-蔥基、9-蔥基、1-菲基、2-菲基、3- 菲基、4-菲基、9-菲基、1-并四苯基、2-并四苯基、9-并四苯基、1-巧基、2-巧基、4-巧基、2-聯(lián) 苯基、3-聯(lián)苯基、4-聯(lián)苯基、對=聯(lián)苯基-4-基、對=聯(lián)苯基-3-基、對=聯(lián)苯基-2-基、間=聯(lián) 苯基-4-基、間=聯(lián)苯基-3-基、間=聯(lián)苯基-2-基、鄰甲苯基、間甲苯基、對甲苯基、對叔下基苯基、對(2-苯丙基）苯基、3-甲基-2-糞基、4-甲基-1-糞基、4-甲基-1-蔥基、少-甲基聯(lián)苯基、4"-叔下基-對=聯(lián)苯基-4-基等。
[0151] 雜芳基為包含0、N、S、Se、和P中的至少之一作為雜原子的環(huán)狀基團，且其碳原子數(shù) 無特別限制，但優(yōu)選為3到60。其實例包括但不限于I-化咯基、2-化咯基、3-化咯基、化嗦基、 2-化晚基、3-化晚基、4-化晚基、1-嗎I噪基、2-嗎I噪基、3-嗎I噪基、4-嗎I噪基、5-嗎I噪基、6-嗎I 噪基、7-嗎I噪基、1-異嗎I噪基、2-異嗎I噪基、3-異嗎I噪基、4-異嗎I噪基、5-異嗎I噪基、6-異嗎I噪基、7-異嗎I噪基、2-巧喃基、3-巧喃基、2-苯并巧喃基、3-苯并巧喃基、4-苯并巧喃基、5-苯并巧喃基、6-苯并巧喃基、7-苯并巧喃基、1-異苯并巧喃基、3-異苯并巧喃基、4-異苯并巧喃基、5-異苯并巧喃基、6-異苯并巧喃基、7-異苯并巧喃基、2-哇嘟基、3-哇嘟基、4-哇嘟基、5- 哇嘟基、6-哇嘟基、7-哇嘟基、8-哇嘟基、1-異哇嘟基、3-異哇嘟基、4-異哇嘟基、5-異哇嘟基、6-異哇嘟基、7-異哇嘟基、8-異哇嘟基、2-哇喔嘟基、5-哇喔嘟基、6-哇喔嘟基、1-巧挫基、2-巧挫基、3-巧挫基、4-巧挫基、9-巧挫基、1-菲晚基、2-菲晚基、3-菲晚基、4-菲晚基、6- 菲晚基、7-菲晚基、8-菲晚基、9-菲晚基、10-菲晚基、1-叮晚基、2-叮晚基、3-叮晚基、4-叮晚基、9-叮晚基、1，7-菲咯嘟-2-基、1，7-菲咯嘟-3-基、1，7-菲咯嘟-4-基、1，7-菲咯嘟-5-基、 1，7-菲咯嘟-6-基、1，7-菲咯嘟-8-基、1，7-菲咯嘟-9-基、1，7-菲咯嘟-10-基、1，8-菲咯嘟- 2- 基、1，8-菲咯嘟-3-基、1，8-菲咯嘟-4-基、1，8-菲咯嘟-5-基、1，8-菲咯嘟-6-基、1，8-菲咯嘟-7-基、1，8-菲咯嘟-9-基、1，8-菲咯嘟-10-基、1，9-菲咯嘟-2-基、1，9-菲咯嘟-3-基、1，9- 菲咯嘟-4-基、1，9-菲咯嘟-5-基、1，9-菲咯嘟-6-基、1，9-菲咯嘟-7-基、1，9-菲咯嘟-8-基、 1，9-菲咯嘟-10-基、1，10-菲咯嘟-2-基、1，10-菲咯嘟-3-基、1，10-菲咯嘟-4-基、1，10-菲咯嘟-5-基、2，9-菲咯嘟-1-基、2，9-菲咯嘟-3-基、2，9-菲咯嘟-4-基、2，9-菲咯嘟-5-基、2，9- 菲咯嘟-6-基、2,9-菲咯嘟-7-基、2,9-菲咯嘟-8-基、2,9-菲咯嘟-10-基、2,8-菲咯嘟-1-基、 2，8-菲咯嘟-3-基、2，8-菲咯嘟-4-基、2，8-菲咯嘟-5-基、2，8-菲咯嘟-6-基、2，8-菲咯嘟-7- 基、2，8-菲咯嘟-9-基、2，8-菲咯嘟-10-基、2，7-菲咯嘟-1-基、2，7-菲咯嘟-3-基、2，7-菲咯嘟-4-基、2，7-菲咯嘟-5-基、2，7-菲咯嘟-6-基、2，7-菲咯嘟-8-基、2，7-菲咯嘟-9-基、2，7- 菲咯嘟-10-基、1-吩嗦基、2-吩嗦基、1-吩嚷嗦基、2-吩嚷嗦基、3-吩嚷嗦基、4-吩嚷嗦基、 10-吩嚷嗦基、1-吩口惡嗦基、2-吩口惡嗦基、3-吩口惡嗦基、4-吩口惡嗦基、10-吩口惡嗦基、2- 口惡挫基、4- 口惡挫基、5- 口惡挫基、2- 口惡二挫基、5- 口惡二挫基、3-巧咱基、2-嚷吩基、3-嚷吩基、2-甲基化咯-1-基、2-甲基化咯-3-基、2-甲基化咯-4-基、2-甲基化咯-5-基、 3- 甲基化咯-1-基、3-甲基化咯-2-基、3-甲基化咯-4-基、3-甲基化咯-5-基、2-叔下基化咯- 4- 基、3-(2-苯丙基川比咯-1-基、2-甲基-1-嗎I噪基、4-甲基-1-嗎隙基、2-甲基-3-嗎I噪基、4- 甲基-3-嗎I噪基、2-叔下基-1 -嗎I噪基、4-叔下基-1-嗎I噪基、2-叔下基-3-嗎I噪基、4-叔下基- 3-嗎I噪基等。
[0152]此外，雜芳基優(yōu)選為但不限于具有W下結(jié)構(gòu)式的化合物。
[0153]
[0154] 面素基團的實例包括但不限于氣、氯、漠、艦等。
[01巧]在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，包含上述經(jīng)熱處理、光處理或酸處理的化合物的有機材料層為陽極緩沖層。具體地，所述陽極緩沖層可充當空穴傳輸層。
[0156] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，包含經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物的有機材料層可設(shè)置于光活性層與陽極之間。
[0157] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，包含經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物的有機材料層為光活性層。
[0158] 在一個示例性實施方案中，光活性層包含電子供體材料和電子受體材料，且電子供體材料包含經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物。
[0159] 在另一個示例性實施方案中，光活性層包含具有=個或更多個層的有機材料層，所述有機材料層包括:P型有機材料層;n-p型有機材料層;和n型有機材料層，W及
[0160] P型有機材料層和n-p型有機材料層中的一個或更多個層包含經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物。
[0161] 有機光活性層的厚度可為但不限于10到1〇,〇〇〇 1。
[0162] 在本發(fā)明中，電荷提取和電荷傳輸可通過形成作為包括W下的=層結(jié)構(gòu)的光活性層而提高:P型有機材料層、n-p型有機材料層和n型有機材料層，W產(chǎn)生新空穴傳輸層和新電子傳輸層，因此可提高總電荷遷移率。此外，能級可自由調(diào)整，因此，可容易地傳輸空穴和電子，并且可形成理想的p-n結(jié)構(gòu)。
[0163] 在具有S層結(jié)構(gòu)的光活性層中，n型有機材料層的厚度可為20皿到400皿，n-p型有機材料層的厚度可為20nm到400nm，W及P型有機材料層的厚度可為大于0且為300nm或更小，但其厚度不限于此。
[0164]在本發(fā)明中，光活性層可具有按順序包括W下的結(jié)構(gòu):P型有機材料層;n-p型有機材料層;和n型有機材料層。在運種情況下，電子供體材料可為如上所述具有能形成氨鍵的基團的化合物，更具體地，可包含由式1表示的化合物。
[0165]在本發(fā)明中，電子受體材料可為富勒締、富勒締衍生物、vasocuproin、半導體單質(zhì)、半導體化合物、或其組合，具體地，可為苯基C61-下酸甲醋(PCsiBM),或苯基C71-下酸甲醋(PC71BM)，但不限于此。
[0166] 在本發(fā)明的n-p型有機材料層中，電子供體材料與電子受體材料可Wl: 10到10:1 的比例(w/w)混合，并且可在材料混合后在30°C到400°C下進行熱處理1秒到48小時，或用酸 (如乙酸、肥巧日出S〇4)進行表面處理，W使特性最大化，但處理不限于此。
[0167] 根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的有機太陽能電池包括陽極、光活性層、和陰極。有機太陽能電池還可包括基底、空穴傳輸層、和/或電子傳輸層。
[0168] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，有機太陽能電池具有正常結(jié)構(gòu)。正常結(jié)構(gòu)可意指陽極形成于基底上。
[0169] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，有機太陽能電池具有倒置結(jié)構(gòu)。當根據(jù)本發(fā) 明示例性實施方案的有機太陽能電池具有倒置結(jié)構(gòu)時，倒置結(jié)構(gòu)可意指陰極形成于基底上，并且陽極可為銀(Ag)或M0O3/AI。
[0170] 根據(jù)本發(fā)明的有機太陽能電池可由本領(lǐng)域已知的材料和方法制備，不同之處在于有機材料層W及光活性層包含上述本發(fā)明的化合物，即，具有能形成氨鍵的基團的化合物，例如由式2表示的化合物。
[0171] 更具體地，根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的制備有機太陽能電池的方法包括：制備基底;在所述基底上形成陽極或陰極;在所述陽極或陰極上形成具有一個或更多個層的有機材料層；W及在所述具有一個或更多個層的有機材料層上形成陰極或陽極，
[0172] 其中形成所述具有一個或更多個層的有機材料層包括:通過使用包含待通過熱處理、光處理、或酸處理移除的離去基團的化合物形成薄膜；W及使所形成的薄膜經(jīng)歷熱處理、光處理、或酸處理，并且經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的薄膜包含含有能形成氨鍵的基團的化合物。
[0173] 在本發(fā)明中，在通過熱處理、光處理或酸處理引起包含離去基團的化合物再次形成氨鍵的過程中，熱處理溫度或時間無特別限制，且可根據(jù)取代基的種類選擇。
[0174] 在本發(fā)明的一個示例性實施方案中，熱處理可在20°C到400°C的溫度下進行1秒到 48小時。在另一個示例性實施方案中，溫度優(yōu)選為20°C到350°C，并且優(yōu)選的是該處理在1分鐘到2小時的時間內(nèi)進行。特別地，優(yōu)選的是該處理在150°C到300°C，更優(yōu)選在180°C到280 °C的溫度下進行，并且該處理在1小時內(nèi)進行。
[0175] 在進行光處理的過程中，暴露時間無特別限制，但通常優(yōu)選少于30分鐘。
[0176] 酸處理可通過用酸(如乙酸、肥1、和出S化)處理表面的方法進行，但不限于此。
[0177] 基底可為但不限于具有優(yōu)異透明度、表面平滑度、處理容易性和防水性的玻璃基底或透明塑料基底，并且不受限制，只要該基底為通常用于有機太陽能電池的基底即可。其具體實例包括但不限于玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇醋(PET)、聚糞二甲酸乙二醇醋(PEN)、聚丙締(PP)、聚酷亞胺(PI)、S乙酷基纖維素(TAC)等。
[0178] 陽極可包括但不限于透明且導電性優(yōu)異的材料。具體地，其材料可為但不限于氧化銅錫（ITO)、氧化錫(Sn〇2)和氧化鋒(ZnO)。
[0179] 陰極可包括但不限于具有小的功函數(shù)的金屬。具體地，其材料可為但不限于金屬，如裡、儀和侶或其合金；W及具有多層結(jié)構(gòu)的材料，如Al: Li、A1: BaF2、和Al: BaF2:化。
[0180] 空穴傳輸層和/或電子傳輸層材料可為但不限于有效地將電子和空穴傳輸?shù)焦饣?性層W提高所產(chǎn)生的電荷移動到電極的可能性的材料?？昭▊鬏攲硬牧峡蔀榈幌抻诰?(苯乙締橫酸)滲雜的陽DOT = PSS(聚（3,4-亞乙基二氧嚷吩））、氧化鋼(MoOx);氧化饑(V2〇5); 氧化儀(NiO);和氧化鶴(WOx)等。
[0181] 電子傳輸層材料可為提取電子的金屬氧化物，并且具體地，可為但不限于8-徑基哇嘟的金屬絡(luò)合物;包含Alqs的絡(luò)合物;包含Liq的金屬絡(luò)合物;LiF;化;氧化鐵(TiOx);氧化鋒(ZnO);碳酸飽(Cs2C〇3)等。
[0182] 在有機太陽能電池中，陽極、空穴傳輸層、光活性層、電子傳輸層、和陰極可W此順序布置，或陰極、電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層、和陽極可W此順序布置，但順序不限于此。
[0183] 在本發(fā)明的另一個示例性實施方案中，有機太陽能電池具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)。在此情況下，有機太陽能電池可包括光活性層的一個層或者兩個或更多個層。
[0184] 實施方式
[0185] 下文中將提供優(yōu)選實施例W更好地理解本發(fā)明。然而，W下實施例僅為了舉例說明的目的提供，并且本發(fā)明的范圍不受此限制。
[0186] <實施例〉
[0187] <制備例1〉式1-1的制備
[018 引
[0189] (1)合成化合物1
[0190] 在2頸圓底燒瓶中將TPP (4. Og，13.3mmo 1)溶解于無水THF，然后向其中加入二甲氨基化晚作為催化劑，并將所得混合物攬拌約1小時。然后，將二碳酸二（叔下基）醋（7.26g， 33.2mmol)充分溶解于無水THF中，在氮氣條件下通過使用注射器將溶液加入到燒瓶中，并在室溫下將所得混合物攬拌12小時。反應(yīng)通過化C確認，并且在反應(yīng)終止之后，將THF置于減壓下。通過使用己燒+E 口N作為洗脫劑獲得二氧化娃填料，并且裝載反應(yīng)混合物，然后W化： EA = 4:1流過W移除雜質(zhì)，并且使氯仿流過。在柱色譜之后，降低壓力W移除溶劑，殘留物用己燒清洗并在真空烘箱中充分干燥，從而獲得4.Og深棟色固態(tài)化合物t-Boc TPP(產(chǎn)率： 60%)。
[0191]化合物I的NMR結(jié)果如下圖2所示，其MS數(shù)據(jù)如下圖3所示。
[0192；
[0193] (2)合成化合物2
[0194] 在2頸圓底燒瓶中將t-Boc TPP(2.36g，4.71mmol)加入到CF中，并在室溫下攬拌混合物。通過使用侶錐進行光保護，然后將NBS(2.09g，2.5當量)加入其中并攬拌混合物40小時或更久。通過化C確認反應(yīng)是否進行，如果反應(yīng)進行，立刻蒸發(fā)粗混合物并通過使用CF/ EtOH進行重結(jié)晶，從而獲得1.6g(產(chǎn)率:50 % )深棟色針狀的化合物2。
[0195] 化合物2的NMR結(jié)果如下圖4所示，其MS數(shù)據(jù)如下圖5所示。
[0196]
[0197] (3)合成化合物4
[019 引將化合物 3(5邑，8.984411111101)、2-漠嚷吩（2.19邑，13.476611111101)、？(1?；?)4(0.46,3 摩爾％ )、和2M K20)3(IOml)放入2頸圓底燒瓶，向其中加入THF，并在升高溫度的同時攬拌所得混合物。反應(yīng)進行之后，用MC和水萃取的有機層經(jīng)MgS化干燥，然后通過使用二氧化娃柱獲得粉末(洗脫劑化/MC = 10/3)(產(chǎn)率:78 % )。
[0199] 將充分干燥的粉末(3. Og，5.8516mmol)加入到CF中，并在室溫下攬拌所得混合物。通過使用侶錐進行光保護，然后將NBS( 1.14g，1.05當量)加入其中并攬拌混合物18小時。在用化C確認后，通過使用二氧化娃柱獲得粉末(洗脫劑:化/MC= 10/3)(產(chǎn)率:87% )。
[0200] 將充分干燥的粉末(3.14邑，5.3000111111〇1)溶解于2501111四氨巧喃中，將溫度降到-70 °C，向其中加入n-BuLi (在己燒中2.5M，3.2ml)，并且將所得的混合物攬拌1小時。向其中加入2-異丙氧基-4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧棚戊環(huán)（1.48g)。在反應(yīng)之后，通過使用二氧化娃柱獲得粉末(洗脫劑:化/MC = 10/5)(產(chǎn)率:67 % )。
[0201] 化合物3的NMR結(jié)果如下圖6和圖7所示。
[0202；
[0203] (4)式1-1的合成
[0204] 在250ml的2頸圓底燒瓶中將化合物2(0.5旨，0.7594111111〇1)和化合物3(1.12邑， 1.7467mmo 1)加入20(M甲苯中，并攬拌所得的混合物。將溫度提高到50°C，然后向其中加入 PcK0) (0.26mg，3摩爾％ )。攬拌混合物幾分鐘，向其中加入2M K20)3水溶液，并在將溫度提高到90°C的同時攬拌所得混合物。反應(yīng)后，將溫度降到室溫，在80°C下降低壓力W蒸發(fā)溶劑，殘留物用水清洗幾次，然后通過用MC/EtOH結(jié)晶獲得目標化合物(產(chǎn)率:83%)。
[0205] <制備例2〉式1-2的制備
[0206]
[0207] 在2頸圓底燒瓶中將化合物2(0.62旨，0.94111111〇1)、2-^下基錫烷基苯并化]嚷吩 (1.0邑，2.39臟〇1)、和口(1?；?)4(基于化化合物為3摩爾％)加入至1]1001111甲苯中，并在1001：下攬拌所得混合物3小時。過濾沉淀物并通過短柱和重結(jié)晶獲得目標化合物(產(chǎn)率:48%)。
[0208] 式1-2的MS數(shù)據(jù)如下圖8所示。
[0209] <實驗例〉
[0210] 式1-1的UV光譜示于下圖9。
[0211] 式1-1的特性如下。
[0212] -帶隙：1.79eV
[0213] -電化學特性:H0M0(-5.33eV)，LUM0(-3.55eV)
[0214] -9、11、。.、巧^的巧掉值.?1"0-886底').11(10-65底').。.（14-5底').巧^(86-5底')
[0215]
[0216] -平曲度：1.6188
[0217] 由化合物的電化學特性和帶隙，可確認化合物可應(yīng)用于有機太陽能電池。
[0218] 圖1為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的式1-1在熱處理過程之后的UV光譜結(jié)果的圖。
[0219] 根據(jù)圖1的結(jié)果，在預定溫度或更高溫度下的熱處理可引發(fā)材料的藍移。此現(xiàn)象是由通過移除側(cè)鏈而抑制P-P堆積的事實造成的，但當發(fā)生強分子相互作用(氨鍵)時，帶隙因分子間扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象而增加。然而，在熱處理過程之后，具有良好結(jié)晶度的聚合物結(jié)構(gòu)可形成并用作新空穴傳輸層和新電子供體層W提高電荷遷移率和穩(wěn)定性，從而增強有機太陽能電池的效率。
[0220] 圖10為示出式1-1的熱重分析的圖。
[0221] 由圖10的結(jié)果，可確認式1-1的叔下氧基幾基已在260°C到300°C的熱處理溫度下被移除。然而，當熱處理溫度超過420°C時，母核結(jié)構(gòu)可能分解。
[0222] 圖11為示出式1-1的IR光譜的圖。
[0223] 由圖11的結(jié)果，可確認在熱處理之后，當從式1-1移除離去基團時氨被取代，并且式1-1的化合物的氨與能形成氨鍵的基團所形成的氨鍵的強度變強。
[0224] 對比例1
[0225] 將式1-1和PCBMWl: 2的比例溶解于氯苯(CB)中W制備復合材料溶液。在運種情況下，將濃度調(diào)整到2.0重量％，并將有機太陽能電池制成具有IT0/PED0T:PSS/光活性層/Al 的結(jié)構(gòu)。通過使用蒸饋水、丙酬、和2-丙醇超聲清洗涂覆有ITO的玻璃基底，ITO表面用臭氧處理10分鐘，通過使用陽D0T:PSS(ba^rom P)W45皿的厚度進行旋涂，并在120°C下進行熱處理10分鐘。為了涂覆光活性層，WO. 45皿的PP注射器過濾器過濾化合物-PCBM復合材料溶液，然后通過旋涂溶液W沉積厚度為200nm的Al來制備有機太陽能電池。
[0226] 實驗例1
[0227] 旋涂化合物，然后通過相同方法制備有機太陽能電池，不同之處在于通過在3 X !(T8托的真空下使用熱蒸發(fā)器進行熱處理。
[022引[表1] r09901
L0230J 表1中，Voc意指升路電比Jsc意指短路電流，F(xiàn)F意指填充因于，APCE意指能量轉(zhuǎn) 換效率。開路電壓和短路電流分別為電壓-電流密度曲線的四個象限中X軸和Y軸的截距，且當兩個值變高時，有機太陽能電池的效率有利地提高。此外，填充因子為通過用可在曲線內(nèi) 繪制的矩形面積除W開路電壓與短路電流的積所獲得的值。當=個值除W照射光的強度時，可獲得能量轉(zhuǎn)換效率，且優(yōu)選較高值。
[0231] 圖12為示出根據(jù)對比例1的有機太陽能電池的電流密度根據(jù)電壓變化的圖。
[0232] 圖13為示出根據(jù)實驗例1的有機太陽能電池的電流密度根據(jù)電壓變化的圖。
[0233] 由實驗例1和對比例1的結(jié)果，可確認當通過熱處理、光處理、或酸處理移除離去基團時氨被取代，并且氨與能形成氨鍵的基團相互結(jié)合W形成氨鍵，且因通過氨鍵的高電荷遷移率可提供高效的有機太陽能電池。
【主權(quán)項】
1. 一種有機太陽能電池，包括：陽極、陰極、W及布置在所述陽極和所述陰極之間的具有一個或更多個層的有機材料層，其中至少一個所述具有一個或更多個層的有機材料層包含經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物，所述經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物包含能夠形成氨鍵的基團，W及所述化合物在經(jīng)受熱處理、光處理、或酸處理之前包含待通過熱處理、光處理、或酸處理移除的離去基團。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機太陽能電池，其中所述能夠形成氨鍵的基團選自：醇基、酪基、兒茶酪基、幾基、硫醇基、W及胺基。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機太陽能電池，其中所述離去基團為取代或未取代的醋基。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機太陽能電池，其中包含所述經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物的有機材料層為陽極緩沖層。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機太陽能電池，其中包含所述經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物的有機材料層為光活性層。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機太陽能電池，其中所述光活性層包含電子供體材料和電子受體材料，W及所述電子供體材料包含所述經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機太陽能電池，其中所述光活性層包含具有Ξ個或更多個層的有機材料層，所述有機材料層包含:n型有機材料層、n-p型有機材料層、和P型有機材料層；W及所述P型有機材料層和所述n-p型有機材料層中的一個或更多個層包含經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機太陽能電池，其中所述化合物在經(jīng)受熱處理、光處理、或酸處理之前由下式1表示：試1]式1中， R1和R2彼此相同或不同，且各自獨立地選自：取代或未取代的醋基、取代或未取代的幾基、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)燒基、取代或未取代的C5到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60 芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的Cl 到C30燒胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、W及取代或未取代的C3到C60雜芳基，W及 Arl和Ar2彼此相同或不同，且各自獨立地選自：取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的Cs到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C3偏胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、W及取代或未取代的具有0、N、P、Se、或S作為雜原子的C3 到C60雜芳基。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機太陽能電池，其中所述化合物在經(jīng)受熱處理、光處理、或酸處理之前由下式3表示：試3]式3中， R3到R8彼此相同或不同，且各自獨立地選自：氨、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的C5到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到C30烷氧基、取代或未取代的C劇C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C3偏胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60雜芳基，XI和X2彼此相同或不同，且各自獨立地為S、Se、0、或NR，W及 R選自：氨、取代或未取代的幾基、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20 締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的C5到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到 C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的 C5到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C30燒胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60雜芳基。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機太陽能電池，其中所述化合物在經(jīng)受熱處理、光處理、或酸處理之前由下式1-1或1-2表示：試1-。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機太陽能電池，其中所述經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物由下式4表示：試4]式4中， R3到R8彼此相同或不同，且各自獨立地選自：氨、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的C5到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到C30烷氧基、取代或未取代的C劇C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C3偏胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60雜芳基，XI和X2彼此相同或不同，且各自獨立地為S、Se、0、或NR，W及 R選自：氨、取代或未取代的幾基、取代或未取代的Cl到C20烷基、取代或未取代的C2到C20 締基、取代或未取代的C3到C20環(huán)烷基、取代或未取代的C5到C30環(huán)締基、取代或未取代的Cl到 C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的Cl到C30燒硫基、取代或未取代的 C5到C60芳硫基、取代或未取代的Cl到C30燒胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60雜芳基。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機太陽能電池，其中所述經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的化合物由下式2-1或2-2表示：試2-。?'13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機太陽能電池，其中所述有機太陽能電池還包含空穴傳輸層和電子傳輸層中的一者或更多者。14. 一種用于制備有機太陽能電池的方法，所述方法包括：制備基底；在所述基底上形成陽極或陰極；在所述陽極或陰極上形成具有一個或更多個層的有機材料層；W及在所述具有一個或更多個層的有機材料層上形成陰極或陽極，其中形成所述具有一個或更多個層的有機材料層包括：通過使用包含待通過熱處理、光處理、或酸處理移除的離去基團的化合物形成薄膜；W 及使形成的薄膜經(jīng)受熱處理、光處理、或酸處理，W及經(jīng)熱處理、光處理、或酸處理的薄膜包含含有能夠形成氨鍵的基團的化合物。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述熱處理在20°C到400°C的溫度下進行1秒到 48小時。
【文檔編號】H01L51/42GK105940517SQ201580004816
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年1月16日
【發(fā)明人】曹根, 崔禎珉, 裴在順, 李載澈, 李志永, 金填碩
【申請人】株式會社Lg化學

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