[发明专利]在水或水/醇中可溶的酞菁衍生物及用于制备有机和聚合物太阳能光伏器件

说明书

技术领域

本发明属于聚合物太阳能光伏器件技术领域，具体涉及一类在水或水/醇中可溶的酞菁衍生物及这些衍生物在制备有机和聚合物太阳能光伏器件方面的应用。

背景技术

有机和聚合物太阳能电池受到很大的关注，其优势是可以应用旋涂工艺制作出成本低廉并且柔性基底的器件。在材料设计、器件优化和界面工艺方面取得了很大的进步，活性层和电极之间的界面修饰层在激子传输和分离方面尤其重要，决定了器件的性能和稳定性。

当前，聚合物太阳能电池最高的能量转换效率（PCE）已经达到9%以上，为了进一步的提高能量转换效率，在合成新材料、器件制作和控制活性层形貌等方面投入了很大的努力。通过改良阴极界面修饰层减小电荷收集/分离的障碍形成欧姆接触提升能量转换效率的研究，近年来引起越来越多的关注。氟化锂、金属氧化物和醇/水溶解的有机小分子和聚合物常用作阴极界面修饰材料，相比于其它的界面修饰材料，醇/水溶解的有机小分子和聚合物的优势是在器件制作过程中用非真空蒸镀而且对环境友好的方法，还有对不同的活性层和金属电极有普适性。因为溶解于醇/水的有机小分子或者聚合物可以避免破坏活性层。醇/水溶解的有机小分子和聚合物在聚合物太阳能电池阴极界面修饰材料很有前景。P3TMAHT和PF2/6-b-P3TMAHT作为阴极界面修饰层可以把PCDTBT:PC71BM体系的能量转换效率从5%提升到6%以上（J.H.Seo,A.Gutacker,Y.Sun,H.Wu,F.Huang,Y.Cao,U.Scherf,A.J.Heeger,G.C.Bazan,J.Am.Chem.Soc.2011,133,8416.）。PFN是一个很经典的阴极界面修饰材料，最近有报道，PTB7:PC71BM传统器件的PCE提升到8.37%（Z.He,C.Zhong,X Huang,W.-Y.Wong,H.Wu,L.Chen,S.Su,Y.Cao,Adv.Mater.2011,23,4636.），反式器件的PCE提升到9.26%（Z.C.He,C.M.Zhong,S.J.Su,M.Xu,H.B.Wu,Y.Cao,Nat.Photonics2012,6,591）。

合适的阴极界面修饰材料必须满足下面几个条件：1，在水或水/醇中溶解性很好，这样避免破坏活性层；2，它可以有效的降低金属电极的功函（WF），而且空穴阻挡能力很好；3，它有较好的电子传输能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一类在水或水/醇混合体系中可溶解的酞菁衍生物，这些酞菁衍生物可以在有机和聚合物太阳能光伏器件方面得到应用，进一步用于制备光伏器件的阴极界面修饰输层，该阴极界面修饰层处于光伏器件的活性层和阴极之间，能够有效地提高器件的能量转换效率。

本发明所涉及的化合物如下所示：

本发明所涉及的化合物合成路线如下所示：

本

本发明的化合物可以作为阴极界面修饰材料用于制备有机和聚合物太阳能光伏器件，采用的器件结构如图1所示。器件结构依次包括：附着在透光玻璃上的ITO作为阳极、PEDOT:PSS作为阳极修饰层、P3HT:PCBM等作为活性层，本发明所述的含有酞菁衍生物（PC）材料作为阴极修饰层，金属Al作为阴极。

附图说明

图1：应用本发明所述材料制备的太阳能光伏器件结构示意图；

图2：应用本发明所述化合物制备的太阳能光伏器件I-V性能图。

如图1所示，各部件名称为：透明玻璃基底1、附着在玻璃表面上的阳极ITO氧化物导电层2、PEDOT:PSS（聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐）阳极修饰层3、器件活性层4、包含本发明所述化合物的阴极修饰层5、金属Al阴极6。

如图2所示，基于本发明化合物C8-Zn-Pc-m-Py8-CH₃I8的光伏器件[ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/C8-Zn-Pc-m-Py8-CH₃I8/Al]其特性如下：开路电压为0.60V，短路电流密度为10.29mA cm^-2，填充因子55%，经计算光电转化效率为3.4%。

具体实施方式