非富勒烯电子受体材料与有机光伏电池制造技术

一种如式(I)所示的非富勒烯电子受体材料与一种其有源层包括前述非富勒烯电子受体材料的有机光伏电池。以本发明专利技术的非富勒烯电子受体材料作为电子受体时，能有效提升有机光伏电池的能量转换效率(PCE)。池的能量转换效率(PCE)。池的能量转换效率(PCE)。

【技术实现步骤摘要】
非富勒烯电子受体材料与有机光伏电池


[0001]本专利技术是有关于一种非富勒烯电子受体材料与一种包括前述非富勒烯电子受体材料的有机光伏电池，特别是指一种具有多稠环结构的噻吩(thiophene)架桥衍生物的非富勒烯电子受体材料与一种包括前述非富勒烯电子受体材料的有机光伏电池。

技术介绍

[0002]随着时代的演进，如煤炭、石油、天然气与核能等能源的消耗量日益渐增，能源危机也逐渐浮现。太阳能发电是一种可再生且可降低环境污染的环保发电方式。第一代的太阳能电池以硅晶(silicon)太阳能电池为大宗，其具有高光电转换率。第二代的太阳能电池为薄膜(thin-film)型的碲化镉(CdTe)太阳能电池，其原料毒性与制作方法对环境有较大的污染。第三代的有机太阳能电池随的蕴育而生，其包含了染料敏化电池(dye-sensitized solar cell；DSSC)、奈米结晶电池与有机光伏电池(organic photovoltaics；OPV)。与需利用真空制程镀膜制作的无机材料相比，有机光伏电池可利用浸涂、旋转涂布、狭缝式涂布、网版印刷、喷墨印刷等方法制作，更易实现低成本及大规模的生产。其中，新一代的有机光伏电池是以有机电子受体材料搭配共轭聚合物(电子给体材料)作为光伏主要吸收层(有源层)的材料。新一代的有机光伏电池具有几项优点：(1)质量轻且制作成本低；(2)具有可挠性；(3)器件结构可设计性强；及(4)适用于液相制程(即可大面积湿式涂布)。
[0003]新一代的有机光伏电池除了具有前述诸多优点外，其在有源层中的电子给体材料(共轭聚合物)的多样性与发展使得有机光伏电池的能量转换效率的提升已达到一定水准。然而，现有的有机电子受体材料大多以富勒烯衍生物(例如PC60BM与PC70BM)为主，其与电子给体材料(共轭聚合物)的搭配性易受到限制。此外，富勒烯衍生物本身亦有在光照下易二聚、加热时易结晶、可见光区吸收弱、结构修饰与提纯较不易、价格昂贵等缺点。因此，开发非为富勒烯衍生物的有机电子受体材料有存在的必要性。
[0004]CN104557968B与CN105315298A虽分别公开一种非为富勒烯衍生物的有机电子受体材料，能解决以富勒烯衍生物作为电子受体材料时所产生的缺点。然而，前述专利中的有机电子受体材料的能量转换效率仍偏低，无法满足现有业界的需求。
[0005]因此，如何改良现有非为富勒烯衍生物的有机电子受体材料结构，进而能有效提升有机光伏电池的能量转换效率(PCE)，成为目前致力研究的目标。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的第一目的，即在提供一种非富勒烯电子受体材料。以本专利技术的非富勒烯电子受体材料作为电子受体材料时，能有效提升有机光伏电池的能量转换效率(PCE)。
[0007]于是，本专利技术非富勒烯电子受体材料，是指一种具有多稠环结构并由卤素取代的噻吩(thiophene)架桥衍生物，该非富勒烯电子受体材料如下式(I)所示：
[0008][式I][0009]其中，
[0010]A为
[0011][0012][0013][0014]B与C分别为
[0015][0016]X
1-、X2、X3与X4分别为氢、卤素或C1～C
30
烷基，且X1与X2至少一种为卤素，X3与X4至少一种为卤素；
[0017]Y为NR5、O、S、Se、Si(R5)2或C(R5)2；
[0018]Z为O、S、Se或NR5；
[0019]R1为氢、卤素、C1～C
30
烷基、C1～C
30
烷氧基、C1～C
30
烷基芳基或C1～C
30
烷基杂芳基；
[0020]R2为氢、卤素、C1～C
30
烷基或C1～C
30
烷氧基；及
[0021]R3、R4与R5分别为氢或C1～C
30
烷基。
[0022]因此，本专利技术的第二目的，即在提供一种有机光伏电池。本专利技术的有机光伏电池具有高的能量转换效率(PCE)。
[0023]于是，本专利技术有机光伏电池包含一有源层。该有源层包括前述的非富勒烯电子受体材料。
[0024]本专利技术的效果在于：由于本专利技术的非富勒烯电子受体材料是由三稠环至十一稠环的核心骨架[即式(I)的A]连结经卤素取代的噻吩作为架桥共轭分子[即式(I)的X1与X2至少一种为卤素，X3与X4至少一种为卤素]，并在末端引入吸电子基团[即式(I)的B与C]。因此，以本专利技术非富勒烯电子受体材料作为电子受体材料时，能使材料在可见光区具有吸收，且与电子给体材料(共轭聚合物)搭配时，能够拥有优良的光电转换特性。换言之，以本专利技术的非富勒烯电子受体材料作为电子受体材料时，能有效提升有机光伏电池的能量转换效率(PCE)。
[0025]以下将就本
技术实现思路
进行详细说明：
[0026][非富勒烯电子受体材料][0027]本专利技术的非富勒烯电子受体材料如前述式(I)所示。
[0028]需先说明的是，本专利技术中所述的「烷基芳基」、「烷基杂芳基」、「烷基苯基」及「烷基噻吩」所指分别为「经烷基取代的芳基」、「经烷基取代的杂芳基」、「经烷基取代的苯基」及「
经烷基取代的噻吩」，且该烷基芳基、烷基杂芳基、烷基苯基及烷基噻吩除了经烷基取代外，还可经其它取代基(如卤素等)取代，而「4-烷基苯基」所指为「对位经烷基取代的苯基」。此外，「烷基芳基」、「烷基杂芳基」、「烷基苯基」或「烷基噻吩」前的碳数所指为烷基的碳数，例如C1～C
30
烷基苯基所指为经C1～C
30
烷基取代的苯基。又，本专利技术式(I)中的A，其各个R1彼此可为相同或不同的取代基。
[0029]较佳的，该式(I)中的A为较佳的，该式(I)中的A为其中，R1为氢、卤素、C1～C
30
烷基、C1～C
30
烷氧基、C1～C
30
烷基芳基或C1～C
30
烷基杂芳基，Y为NR5、O、S、Se、Si(R5)2或C(R5)2，Z为O、S、Se或NR5，R5为氢或C1～C
30
烷基。
[0030]更佳地，A为R1为C1～C
30
烷基或C1～C
30
烷基苯基。又更佳地，R1为C3～C
13
烷基或C1～C
11
烷基苯基。又更佳地，R1为C6～C
10
烷基或C4～C8烷基苯基。又更佳地，前述的烷基苯基为4-烷基苯基。
[0031]更佳地，A为R1为氢、C1～C
30
烷基苯基或C1～C
30
烷基噻吩。又更佳地，R1为氢、C1～C
11
烷基苯基或C3～C
13
烷基噻吩。又更佳地，R1为氢、C4～C8烷基苯基或C6～C
10
烷基噻吩。又更佳地，前述的烷基苯基为4-烷基苯基。又更佳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非富勒烯电子受体材料，如下式(I)所示：[式(I)]其中，A为
B与C分别为X
1-、X2、X3与X4分别为氢、卤素或C1～C
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烷基，且X1与X2至少一种为卤素，X3与X4至少一种为卤素；Y为NR5、O、S、Se、Si(R5)2或C(R5)2；Z为O、S、Se或NR5；R1为氢、卤素、C1～C
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烷基、C1～C
30
烷氧基、C1～C
30
烷基芳基或C1～C
30
烷基杂芳基；
R2为氢、卤素、C1～C
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烷基或C1～C
30
烷氧基；及R3、R4与R5分别为氢或C1～C
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烷基。2.如权利要求1所述的非富勒烯电子受体材料，其中，A为3.如权利要求2所述的非富勒烯电子受体材料，其中，A为R1为C1～C
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烷基或C1～C
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烷基苯基。4.如权利要求2所述的非富勒烯电子受体材料，其中，A为R1为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张纯凤，黄懿萱，李梓源，何嘉兴，庄子融，柯崇文，施宏旻，
申请(专利权)人：位速科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：