共轭有机分子及有机太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及共轭有机分子及有机太阳能电池，共轭有机分子的结构式如式(1)所示：

【技术实现步骤摘要】
共轭有机分子及有机太阳能电池
本专利技术涉及有机光电材料
，特别是涉及共轭有机分子及有机太阳能电池。
技术介绍
小分子给体材料具有确定的分子结构、准确的分子量、易于分离纯化以及良好的批次重现性等优势。且近年来，随着非富勒烯受体材料的发展，全小分子有机太阳能电池的效率得到显著提升。因此，全小分子有机太阳能电池具有十分重要的发展前景。目前，高效率小分子给体材料有以三联苯并二噻吩为中心单元的结构，但是，其整体结构的共轭度相对较低，导致其光伏性能较差，因此，以其为给体材料的有机太阳能电池的光电转换效率仍有待提高。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种共轭有机分子及有机太阳能电池。本专利技术提供一种共轭有机分子，所述共轭有机分子的结构式如式(1)所示：其中，R1、R2和R3独立的选自氢原子﹑碳原子数为2-20的直链或支链的烷基、碳原子数为2-20的直链或支链的烷氧基；n为1、2或3；Ar1表示吸电子单元，Ar2表示给电子单元。上述共轭有机分子以三联苯并二噻吩为中心单元(D2)，中心单元两端再连接吸电子单元(A)，再以噻吩衍生物作为端基给电子单元(D1)，从而构建得到D1-A-D2-A-D1型共轭有机分子，该共轭有机分子具有极好的共轭骨架，有利于载流子的传输以提高载流子的迁移率，从而提高所述共轭有机分子的光伏性能。同时，该类材料在可见光区具有良好的吸收，能与低带隙非富勒烯受体材料形成良好的吸收互补。将上述有机分子应用于有机太阳能电池时，上述有机分子在有机溶剂中具有良好的溶解度和成膜性，有利于制备性能优异的有机太阳能电池。在其中一个实施例中，所述Ar1的结构式如式(2)所示：其中，X1和X2独立的选自氢原子、氟原子或氯原子。在其中一个实施例中，所述Ar1的结构式如式(3)所示：其中，R4选自碳原子数为2-20的直链或支链的烷基；X3和X4独立的选自氢原子、氟原子或氯原子。在其中一个实施例中，所述Ar2的结构式如式(4)所示：其中，R5选自碳原子数为2-20的直链或支链的烷基。在其中一个实施例中，所述Ar2的结构式如式(5)所示：其中，R6选自碳原子数为2-20的直链或支链的烷基；Y1和Y2独立的选自氢原子、氟原子或氯原子。在其中一个实施例中，所述Ar2的结构式如式(6)所示：其中，R7选自碳原子数为2-20的直链或支链的烷基；Y3和Y4独立的选自氢原子、氟原子或氯原子。本专利技术还涉及一种有机太阳能电池，包括依次层叠设置的阴极层、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层和阳极层，所述光活性层的材料包括给体和受体，所述给体的材料包括所述的共轭有机分子。在其中一个实施例中，所述受体的材料包括非富勒烯受体，所述光活性层的厚度为80nm-120nm。在其中一个实施例中，所述阴极层的厚度为80nm-100nm，所述阳极层的厚度为200nm-300nm。在其中一个实施例中，所述阴极缓冲层的厚度为5nm-10nm，所述阳极缓冲层的厚度为20nm-40nm。由于上述共轭有机分子具有极好的共轭骨架，有利于载流子的传输以提高载流子的迁移率，从而提高所述共轭有机分子的光伏性能。同时，该类材料在可见光区具有良好的吸收，能与低带隙非富勒烯受体材料形成良好的吸收互补。所以，使用上述有机光电化合物作为给体材料的有机太阳能电池具有较高的开路电压、短路电流和光电转化效率。附图说明图1为有机太阳能电池的结构示意图；图2为实施例1的共轭有机分子3BDT-1、实施例2的共轭有机分子3BDT-2、实施例3的共轭有机分子3BDT-3在固体薄膜状态下的紫外可见吸收光谱图；图3是应用实施例1、应用实施例2和应用实施例3中有机太阳能电池的电流密度-电压曲线示意图。图中：1、阴极层；2、阴极缓冲层；3、光活性层；4、阳极缓冲层；5、阳极层。具体实施方式以下将对本专利技术提供的共轭有机分子及有机太阳能电池作进一步说明。本专利技术提供的共轭有机分子的结构式如式(1)所示：其中，R1、R2和R3独立的选自氢原子﹑碳原子数为2-20的直链或支链的烷基、碳原子数为2-20的直链或支链的烷氧基；n为1、2或3；Ar1表示吸电子单元，Ar2表示给电子单元。上述共轭有机分子以三联苯并二噻吩为中心单元(D2)，中心单元两端再连接吸电子单元(A)，再以噻吩衍生物作为端基给电子单元(D1)，从而构建得到D1-A-D2-A-D1型共轭有机分子，该共轭有机分子具有极好的共轭骨架，有利于载流子的传输以提高载流子的迁移率，从而提高所述共轭有机分子的光伏性能。同时，该类材料在可见光区具有良好的吸收，能与低带隙非富勒烯受体材料形成良好的吸收互补。将上述有机分子应用于有机太阳能电池时，上述有机分子在氯仿、氯苯、邻二氯苯等有机溶剂中具有良好的溶解度和成膜性，有利于制备性能优异的有机太阳能电池。进一步，所述Ar1的结构式选自式(2)或式(3)：其中，R4选自碳原子数为2-20的直链或支链的烷基；X1、X2、X3、X4均独立的选自氢原子、氟原子或氯原子。吸电子单元Ar1选择式(2)或式(3)所示结构时，具有更好的电子吸收作用，有利于光的吸收，从而提高所述共轭有机分子的光伏性能。进一步，所述Ar2的结构式选自式(4)-式(6)：其中，R5选自碳原子数为2-20的直链或支链的烷基，R6选自碳原子数为2-20的直链或支链的烷基；Y1、Y2、Y3、Y4均独立的选自氢原子、氟原子或氯原子，R7选自碳原子数为2-20的直链或支链的烷基。Ar2选择式(4)-式(6)所示结构时，具有较好的供电子作用，同时使得共轭有机分子的共轭水平进一步提高，有利于载流子的传输以提高载流子的迁移率，从而提高所述共轭有机分子的光伏性能。如图1所示，为本专利技术提供的有机太阳能电池，包括依次层叠设置的阴极层1、阴极缓冲层2、光活性层3、阳极缓冲层4和阳极层5，所述光活性层3的材料包括给体和受体，所述给体的材料包括所述的有机光电化合物。由于上述共轭有机分子具有极好的共轭骨架，有利于载流子的传输以提高载流子的迁移率，从而提高所述共轭有机分子的光伏性能。同时，该类材料在可见光区具有良好的吸收，能与低带隙非富勒烯受体材料形成良好的吸收互补。所以，使用上述有机光电化合物作为给体材料的有机太阳能电池具有较高的开路电压、短路电流和光电转化效率。考虑到非富勒烯受体具有低带隙，且本申请的共轭有机分子能与其吸收光谱形成互补，提高有机太阳能电池的短路电流，因此，所述受体的材料包括非富勒烯受体。光活性层3过厚则光活性层3内部的给体和受体材料不能得到充分利用，光活性层3过薄则会降低有机太阳能电池的光电转换转换效率，因此所述光活性层3的厚度为80nm-120nm，为配合光活性层3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共轭有机分子，其特征在于，所述共轭有机分子的结构式如式(1)所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种共轭有机分子，其特征在于，所述共轭有机分子的结构式如式(1)所示：



其中，R1、R2和R3独立的选自氢原子﹑碳原子数为2-20的直链或支链的烷基、碳原子数为2-20的直链或支链的烷氧基；
n为1、2或3；
Ar1表示吸电子单元，Ar2表示给电子单元。


2.根据权利要求1所述的共轭有机分子，其特征在于，所述Ar1的结构式如式(2)所示：



其中，X1和X2独立的选自氢原子、氟原子或氯原子。


3.根据权利要求1所述的共轭有机分子，其特征在于，所述Ar1的结构式如式(3)所示：



其中，R4选自碳原子数为2-20的直链或支链的烷基；X3和X4独立的选自氢原子、氟原子或氯原子。


4.根据权利要求1所述的共轭有机分子，其特征在于，所述Ar2的结构式如式(4)所示：



其中，R5选自碳原子数为2-20的直链或支链的烷基。


5.根据权利要求1所述的共轭有机分子，其特征在于，所述Ar2的结构式如式(5)所示：

【专利技术属性】
技术研发人员：葛子义，杨道宾，李丹丹，徐俊，彭瑞祥，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33