一種新型有機共軛分子及其在有機太陽能電池中的應(yīng)用制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于５－（２，６－二甲基－４Ｈ－吡喃－４－亞基）－１，３－二乙基－２－硫酮基－二氫嘧啶－４，６（１Ｈ，５Ｈ）－二酮為受體的給受體型有機共軛分子及該有機共軛分子在體異質(zhì)結(jié)太陽能電池中的應(yīng)用。本發(fā)明專利技術(shù)提供了一系列可以通過選擇不同的給體單元與５－（２，６－二甲基－４Ｈ－吡喃－４－亞基）－１，３－二乙基－２－硫酮基－二氫嘧啶－４，６（１Ｈ，５Ｈ）－二酮偶聯(lián)，從而實現(xiàn)低ＨＯＭＯ能級（高開路電壓和高穩(wěn)定性）、窄帶隙、寬吸收的給受體型有機共軛分子太陽能電池材料，并將此類有機共軛分子用于制備太陽能電池，可以獲得較高開路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率的器件。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于太陽能電池
，具體涉及一類以5-(2，6-二甲基-4H-吡 喃-4-亞基)-1，3- 二乙基-2-硫酮基-二氫嘧啶-4，6 (1H，5H) - 二酮為基本結(jié)構(gòu)單元的給 受體有機共軛分子及該有機共軛分子在體異質(zhì)結(jié)太陽能電池中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
隨著煤、石油等一次能源的逐漸枯竭，人類迫切需求環(huán)境友好的可再生能源。太陽 能電池可將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，是利用太陽能的最有效方式。1954年美國貝爾實驗室成功研制出第一塊單晶硅太陽能電池，開啟了人類利用太 陽能發(fā)電的一扇大門。1958年太陽能電池首先在航天器上得到應(yīng)用。20世紀70年代初， 太陽能電池開始在地面應(yīng)用。但制備工藝繁雜、成本高、對環(huán)境污染嚴重等，在一定程度上 限制了基于硅材料的太陽能電池的更廣泛應(yīng)用。基于有機高分子和有機小分子材料的太陽能電池因其制備工藝簡單(如可旋涂、 噴墨打印等)、廉價、易于實現(xiàn)大面積及柔性等優(yōu)點，而倍受人們的關(guān)注。相比較而言，可 溶性有機小分子由于具有明確的分子結(jié)構(gòu)，固定的分子量，較高的純度和較好的重復性等 優(yōu)點，越來越受到人們的青睞。2005年，中科院化學所劉云圻研究組通過旋涂的方法將4， 4' -二 [2-(3-二氰亞甲基-5，5-二甲基環(huán)己烯-1-己烯)乙烯基]三苯胺(BDHT)作為 活性層應(yīng)用到有機小分子太陽能電池中，取得了 0. 03%的光電轉(zhuǎn)換效率；2007年，中科院 化學所李永舫研究組將基于三苯胺和DCM單元構(gòu)建的小分子作為給體材料，以[6，6]_苯 基-C61-丁酸甲酯(PCBM)為受體通過旋涂的方法制得的體異質(zhì)結(jié)太陽能電池，取得了0.79 %的光電轉(zhuǎn)換效率；2009年，吉林大學田文晶研究組將2- {2，6- 二- [2- (4-聯(lián)苯胺-苯 基)-乙烯基]-吡喃-4-亞基}-丙二氰(DADP)應(yīng)用于有機小分子太陽能電池，取得了1.50%較高光電轉(zhuǎn)換效率。2009年，加州大學圣巴巴拉分校Nguyen研究組將有機小分子 2,5-二-(2-乙基己基)-3，6_ 二 _(5' -η-己基-[2，2' ,5'，2〃 ]三噻吩 _5_ 基)-吡 咯[3,4-C]吡咯-1，4-二酮(SMDPPEH)應(yīng)用于有機體異質(zhì)結(jié)太陽能電池中，取得了 3.0% 的光電轉(zhuǎn)換效率。同年，該研究組以有機小分子DPP-0T-3，6-二(5-(苯并呋喃-2-基)噻 吩-2-基)_2，5-二 (2-乙基己基)吡[3,4-c]吡咯-1，4-二酮(DPP(TBFu)2)為給體材料， [6，6]_苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)為受體材料，制備了迄今為止具有最高光電轉(zhuǎn)換效率 (4. 4% )的有機小分子體異質(zhì)結(jié)太陽能電池。目前，基于可溶液加工的有機小分子太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過了 4%。 但相對于有機聚合物太陽能電池而言，有機小分子太陽能電池仍然存在很多不足之處。其 中，給體材料的吸收光譜與太陽光譜不匹配是首要因素。而具有給受體結(jié)構(gòu)的有機共軛分 子由于可以通過引入不同的給受體基團，來調(diào)節(jié)分子的共平面性、分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT) 強度，從而調(diào)節(jié)分子的吸收性質(zhì)、能級結(jié)構(gòu)以及載流子遷移率等，因而成為一類極具發(fā)展?jié)?力的有機小分子太陽能電池材料。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一系列可以通過選擇不同的給體單元與具有較強吸電子能 力的5- (2，6- 二甲基-4H-吡喃-4-亞基)-1，3- 二乙基-2-硫酮基-二氫嘧啶_4，6 (1H， 5H)-二酮(PD)結(jié)合，從而實現(xiàn)低HOMO能級(高開路電壓和高穩(wěn)定性)、窄帶隙、寬吸收的 給受體有機共軛分子，并將此類有機共軛分子用于制備太陽能電池。研究發(fā)現(xiàn)，以PD為受體的給受體有機共軛分子具有優(yōu)良的太陽能電池性能。本專利技術(shù)所述的PD基團的結(jié)構(gòu)式如(I)所示，基于該基團的給受體有機共軛分子的 結(jié)構(gòu)通式如(II)或(III)所示本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于５－（２，６－二甲基－４Ｈ－吡喃－４－亞基）－１，３－二乙基－２－硫酮基－二氫嘧啶－４，６（１Ｈ，５Ｈ）－二酮（Ⅰ）的有機共軛分子，其結(jié)構(gòu)通式如（Ⅱ）或（Ⅲ）所示：　　＊＊＊　　其中，Ｄ為　　＊＊＊　　Ｄ↑［＊］為　　＊＊＊　　１０≥ｎ≥４。

【技術(shù)特征摘要】
一種基于5 (2，6 二甲基 4H 吡喃 4 亞基) 1，3 二乙基 2 硫酮基 二氫嘧啶 4，6(1H，5H) 二酮(I)的有機共軛分子，其結(jié)構(gòu)通式如(II)或(III)所示其中，D為D＊為10≥n≥4。FSA00000266172900011.tif,FSA00000266172900012.tif,FSA00000266172900021.tif1. 一種基于5- (2，6- 二甲基-4H-吡喃-4-亞基)-1，3- 二乙基-2-硫酮基-二氫嘧啶-4，6(1H，5H)_ 二酮⑴的有機共軛分子，其結(jié)構(gòu)通式如(II)或(III)所示2.如權(quán)利要求1所述的一種基于5-(2，6_二甲基-4Η-吡喃-4-亞基)-1，3_ 二乙 基-2-硫酮基-二氫嘧啶_4，6 (1Η，5Η) - ...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田文晶，李在房，董慶鋒，徐斌，
申請(專利權(quán))人：吉林大學，
類型：發(fā)明
國別省市：82[中國|長春]