CN116947869A - D-a型稠环苝酰亚胺界面材料及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种D‑A型稠环苝酰亚胺界面材料及应用，所述界面材料具如下的化学结构通式：本发明提供的D‑A型苝酰亚胺界面材料通过简单高效的偶联反应制备，具有自组装、自掺杂、良好的成膜特性以及高电导率、可厚膜加工的特点，作为高效阴极修饰界面材料可应用于有机光伏电池，其能够有效减小能级势垒、降低能量损失、增强电荷传输性能，从而强化器件的能量转换效率与稳定性。该类界面材料适用于各类高效活性层的有机光伏电池。
Description
技术领域
本发明属于光伏电池材料技术领域，具体涉及一种有机光伏电池界面材料，特别是涉及一种D-A型稠环苝酰亚胺界面材料。此外，本发明还涉及前述界面材料的制备方法及其在有机光伏电池中的应用。
背景技术
有机太阳能电池作为高效清洁可持续的第三代光伏电池技术，具有低成本、质量轻、可溶液加工、可大面积厚膜制备与可应用柔性基底等优势，吸引了光伏领域科研工作者的广泛关注。近年来，有机太阳能电池的快速发展，其在柔性电子产品、建筑集成光伏与室内光伏领域表现巨大的应用潜力。随着聚合物供体与非富勒烯小分子受体的不断创新，推动了有机太阳能电池效率的不断提高，同时界面材料在强化界面接触、电荷传输与器件稳定性方面起到了关键作用。相比于供体与受体等有机活性层材料，有机界面材料的发展相对滞后。有机太阳能电池中有机界面材料的开发面临着几个研究难题：1.有机界面材料表现出不佳的薄膜形貌与固态聚集状态，导致界面层薄膜厚度增加而界面性能显著下降；2.有机界面材料表现出较低的电荷传输性能与电导率；3.有机界面材料同样存在稳定性与生产成本问题；4.优良界面性能与普遍适用的有机界面材料种类稀少有待开发。以上关键问题限制了有机界面材料的后续发展，同时影响了有机太阳能电池商业化进程。
针对现有技术中存在的上述技术问题，我们在前期工作的基础上，发明了一种D-A-D型稠环芳香酰亚胺界面材料(申请号：202310669869.4)。该专利技术通过结合稠环芳香二酰亚胺与共轭两性离子单元的优势，创造性地开发出了一类稠环芳香酰亚胺小分子阴极界面材料，在一定程度上能够解决厚度敏感性高、电导率低与稳定性差等制约有机光伏界面材料应用的难题。但是其存在的缺点在于，材料的结构复杂，合成难度较高，并且产品性能有待进一步提升。
发明内容
基于我们的上述前期工作，本发明提供了一种结构改进的稠环芳香酰亚胺小分子阴极界面材料，具体是提供了一种具有自组装、自掺杂、高电导率、良好成膜特性的D-A型苝酰亚胺界面材料。其中自组装与良好的成膜特性有利于调节聚集状态与薄膜形貌，促使分子排布更加规整有序；稠环共轭骨架与自掺杂特性有益于提高材料的电导率与电荷传输特性；苝酰亚胺与二甲胺丙基芴共轭骨架的组合能够更好的增强材料的稳定性与降低材料成本。因此该类界面材料能够解决有机界面材料面临的关键问题，应用于有机太阳能电池可以提升器件效率与稳定性，期望获得一类高效普世的有机界面材料。
本发明提供的一种D-A型稠环苝酰亚胺界面材料的结构通式Ⅰ如下：
X为O、S、Se或SO2；
Y为H元素或卤素元素；
R1为C1～C12直链烷烃、C1～C12支链烷烃、 其中n为1、2、3或4，R3为H、C1～C12直链烷烃，R4为H、CH3、CH(CH3)2、CH2CH(CH3)2、CH(CH3)CH2CH3、苯基或苄基，R5为H、C1～C12直链烷烃；
R2为下列基团中任意一种：
其中n为1、2、3或4，Z阴离子为Cl-、Br-或I-；
上述D-A型稠环苝酰亚胺界面材料的合成方法如下：
X为O、S、Se或SO2；
Y为H元素或卤素元素；
R1为C1～C12直链烷烃、C1～C12支链烷烃、 其中n为1、2、3或4，R3为H、C1～C12直链烷烃，R4为H、CH3、CH(CH3)2、CH2CH(CH3)2、CH(CH3)CH2CH3、苯基或苄基，R5为H、C1～C12直链烷烃；
R2为下列基团中任意一种：
其中n为1、2、3或4，Z阴离子为Cl-、Br-或I-；
本发明的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料适用于作为一种高效普适的阴极界面材料，其能够改善界面接触、修饰金属电极功函数、平衡载流子传输，实现有机光伏电池的能量转换效率与稳定性的大幅提升，并且可以用于制备不同活性层材料的有机光伏电池。
一种具体的应用例为，将本发明的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料制成阴极界面层用于有机太阳能电池器件。其中，阴极界面层的具体制备过程为：将D-A型稠环苝酰亚胺界面材料溶于醇类溶剂中，通过溶液加工法制备获得阴极界面层，然后制备有机太阳能电池器件。所述溶剂采用甲醇、乙醇、异丙醇、三氟乙醇或乙酸中一种或几种。由于本发明提供的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料能够溶解于大部分有机溶剂，因而其具有良好的成膜加工性能。
进一步优选的方案为，所述的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料的薄膜厚度为5～50nm。
进一步较优选的方案为，所述有机太阳能电池的有机活性层的电子给体材料为PM6、D18或其他有机电子给体材料，电子受体材料为Y6、L8-BO或其他有机电子受体材料。
本发明中采用的PM6、D18、Y6、L8-BO的分子结构分别如下所示：
相对于现有技术，本发明技术方案具有以下有益技术效果：
(1)本发明通过结合稠环苝酰亚胺与共轭两性离子单元的优势，开发成功了一种高电导率稠环苝酰亚胺阴极界面材料，解决了厚度敏感性高、电导率低与稳定性差等制约有机光伏界面领域的关键难题。通过对稠环中心、卤素取代、离子单元与侧链工程的分别调控和优化，获得的D-A型稠环苝酰亚胺阴极界面材料具有自组装、自掺杂、高电导率、良好成膜特性等优点，应用于大面积厚膜的有机电池模组与室内光伏器件能够提升电池效率及稳定性。
(2)本发明的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料具有良好的溶解性与成膜性，具有适合的分子能级与较高的电导率，同时能够改善界面接触并修饰金属电极功函数，期望自组装特性增加薄膜的有效厚度；稠环苝酰亚胺共轭骨架与自掺杂特性提高薄膜的电导率；共轭离子单元结构改善薄膜的成膜性与稳定性；因此其能用于制备高效的有机太阳能电池，是一种富有商业化应用潜力的阴极界面材料。
(3)本发明的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料与商品化阴极界面材料相比，它具有厚度不敏感、电导率高和稳定性好等优点，具有出色的界面性能，其成品可以制备大面积厚膜的有机电池模组与室内光伏器件。
(4)本发明的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料相对于我们前期申请的发明专利“D-A-D型稠环芳香酰亚胺界面材料及其制备方法与应用”(申请号：202310669869.4)而言，合成难度较低，并且合成过程相对容易控制，合成成本也相对更低，且产品性能更为优异。
附图说明
图1为实施例1制备得到的界面材料FPDI1的核磁氢谱。
图2为实施例1制备得到的界面材料FPDI1的甲醇溶液吸收光谱。
图3为实施例1制备得到的界面材料FPDI1的电化学曲线。
图4为实施例1制备基于PM6:Y6有机太阳能电池的电流-电压(J-V)曲线图。
图5为实施例1制备基于PM6:Y6有机太阳能电池的外量子效率(EQE)曲线图。
图6为实施例1制备基于PM6:L8-BO有机太阳能电池的电流-电压(J-V)曲线图。
图7为实施例1制备基于PM6:L8-BO有机太阳能电池的外量子效率(EQE)曲线图。
图8为实施例1制备基于D18:L8-BO有机太阳能电池的电流-电压(J-V)曲线图。
图9为实施例1制备基于D18:L8-BO有机太阳能电池的外量子效率(EQE)曲线图。
图10为实施例2制备得到的界面材料FPDI2的核磁氢谱。
图11为实施例2制备得到的界面材料FPDI2的甲醇溶液吸收光谱。
图12为实施例2制备得到的界面材料FPDI2的电化学曲线。
图13为实施例2制备基于PM6:Y6有机太阳能电池的电流-电压(J-V)曲线图。
图14为实施例2制备基于PM6:Y6有机太阳能电池的外量子效率(EQE)曲线图。
图15为实施例2制备基于PM6:L8-BO有机太阳能电池的电流-电压(J-V)曲线图。
图16为实施例2制备基于PM6:L8-BO有机太阳能电池的外量子效率(EQE)曲线图。
图17为实施例2制备基于D18:L8-BO有机太阳能电池的电流-电压(J-V)曲线图。
图18为实施例2制备基于D18:L8-BO有机太阳能电池的外量子效率(EQE)曲线图。
图19为实施例3制备得到的界面材料FPDI3的核磁氢谱。
图20为实施例3制备得到的界面材料FPDI3的甲醇溶液吸收光谱。
图21为实施例3制备得到的界面材料FPDI3的电化学曲线。
图22为实施例3制备基于PM6:Y6有机太阳能电池的电流-电压(J-V)曲线图。
图23为实施例3制备基于PM6:Y6有机太阳能电池的外量子效率(EQE)曲线图。
图24为实施例3制备基于PM6:L8-BO有机太阳能电池的电流-电压(J-V)曲线图。
图25为实施例3制备基于PM6:L8-BO有机太阳能电池的外量子效率(EQE)曲线图。
图26为实施例3制备基于D18:L8-BO有机太阳能电池的电流-电压(J-V)曲线图。
图27为实施例3制备基于D18:L8-BO有机太阳能电池的外量子效率(EQE)曲线图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施方式，需要说明是的，本发明用以下实例加以说明但不局限于此，其中除非另有说明，所有的份数和百分数均以重量计。此外，以下实施例中使用的溶剂与小分子中间体均购买于安徽泽升科技有限公司(安耐吉化学)，使用前未经进一步纯化，直接使用。
实施例1
界面材料FPDI1结构为上述所述的Y为H；为/>R1为/>R2为/>时，界面材料FPDI1的制备方法如下：
FPDI1的合成。将单溴稠环苝酰亚胺中间体(100mg，0.11mmol)、芴硼酸酯中间体(62mg，0.13mmol)和四(三苯基膦)钯(13mg，0.011mmol)加入反应器中，再加入2M碳酸钾水溶液(0.4mL)，四氢呋喃(2mL)作为溶剂，70℃加热反应24小时。停止反应，二氯甲烷与水分液，水洗，干燥，除溶，硅胶柱色谱提纯，展开剂极性为二氯甲烷：甲醇＝50:1，得到红色固体粉末，收率：70％。1H NMR(400MHz,CDCl3,25℃):δ(ppm)＝10.04(s,1H),9.73(s,1H),9.35(d,2H),9.06(s,2H),8.21-8.12(m,3H),7.92(d,1H),7.81(d,1H),7.47-7.41(m,3H),5.36(m,2H),2.40-2.16(m,12H),2.07(s,12H),2.01-1.97(m,4H),1.37-1.25(m,32H),0.83(t,12H)；MALDI-TOF-MS:Calcd for C77H92N4O5,1152.7068[M-],found 1152.7061.
以下进一步详细说明本实施合成的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料的性能及应用。需要指出的是，由于本发明的方法制备的合成的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料结构非常相似，性能也比较接近，因此，本发明仅以最佳实施例制得的产品进行详细说明，但是本领域的技术人员根据本发明的描述，完全可以合理地推知本发明请求保护的具有结构通式Ⅰ所示的其他同类产品的性能及应用效果，在此不再赘述。
FPDI1界面材料的性能测试及应用试验。
a.紫外可见吸收光谱测试
使用的仪器型号为美国HP8453型紫外分光光度计。将实施例1产物精确称量并稀释成1×10-5M的二氯甲烷溶液，室温条件下使用1cm的玻璃比色皿池进行测试。其中该材料的摩尔消光系数(ε)利用公式：A＝εcb来计算，A为最大吸收峰的吸光度；c为材料的物质的量浓度；b为使用比色皿池的厚度。光学带隙通过最大吸收边带法，根据公式Eg＝1240/λmaxeV进行计算。
由测试结果可知，该产物最大吸收波长为485nm，吸收范围为300～600nm，计算其摩尔吸光系数为8×104M-1cm-1，光学带隙Eg为2.03eV，证明该材料具有优良可见光捕获性能。
b.循环伏安测试
使用的仪器型号为BSA100B/W型电化学分析系统。采用三电极测试系统，玻碳电极作为工作电极；饱和甘汞电极作为参比电极；铂丝电极作为对电极；将实施例1产物精确称量并配置成10mg mL-1的二氯甲烷溶液，加入四丁基六氟磷酸铵作为电解质。使用二茂铁作为内标电对，查阅文献二茂铁电对相对于真空的绝对值为4.8eV，根据公式ELUMO＝-(4.8+Eox–E1/2 Fc+/Fc)eV，该材料的循环伏安曲线得到其第一还原峰的半波电位(Eonsetre)为-0.88V，计算得到其LUMO的能级为-3.48eV，再根据公式EHOMO＝-(4.8+Ered–E1/2 Fc+/Fc)eV计算其最高占有轨道(HOMO)能级为-5.75eV，证明该材料具有良好的氧化还原特性。
c.有机太阳能电池测试
电池的制作：ITO基片使用乙醇、丙酮和超纯水依次超声清洗；氮气吹扫干净后，臭氧处理30分钟；旋涂稀释的PEDOT:PSS溶液，厚度约为30nm；150度空气中退火15分钟，进入手套箱中旋涂PM6:Y6，PM6:L8-BO，D18:L8-BO的混合溶液，厚度约为100nm；旋涂不同浓度的FPDI1甲醇溶液，厚度为5-50nm；将旋涂好的基片传送入真空蒸镀舱中，真空度到达1×10- 4Pa时，蒸镀银电极(100nm)。
电池性能测试方法及过程：所有电池均未封装，并在充满氮气的手套箱中进行性能测试，得到电池后测试其J-V曲线与EQE曲线，即图4至图9。其中J-V曲线是使用ZolixSolar IV-150A-ZZU系统进行测量，光电流为在100mW cm-2的AM 1.5G照度下使用Zolix-HPS-300XA太阳模拟器测量，并使用Zolix QE-B1硅基太阳能电池校准光强度。使用ZolixSCS10-X150-DSSC-ZZU系统测量外量子效率(EQE)光谱。制备正式体相异质结有机太阳能电池，其电池结构为ITO/PEDOT:PSS/有机活性层/FPDI1/Ag，其中氧化铟锡(ITO)与金属银作为电极，PEDOT:PSS与NDTI1作为阳极修饰层与阴极修饰层，有机活性层采用高效的电子供体PM6或D18与电子受体Y6或L8-BO共混制备。
由图4至图9可以看出，FPDI1作为阴极界面修饰层在不同活性层的有机太阳能电池中均具有良好的界面性能。与文献中报道的现有阴极界面材料相比，FPDI1可以同时保持较高的短路电流密度和填充因子，这源于FPDI1具有大稠环梯形共轭平面、良好的自掺杂性质与自组装特性。
表1中列出了基于不同活性层的有机太阳能电池的最佳性能参数，表2中列出了基于PM6:Y6活性层的有机太阳能电池应用不同厚度的FPDI1阴极界面层后最佳性能参数。由表1与2可以看出，不同活性层的有机太阳能电池均表现出了良好的光伏性能，当FPDI1阴极界面层的厚度达到50nm时，电池依然保持70％以上的能量转换效率。这些结果表明该技术手段能够实现电导率高、厚度不敏感、普适性好高效阴极界面材料的制备。
表1
表2
实施例2
界面材料FPDI2结构为上述所述的Y为H；为/>R1为/>R2为/>时，界面材料FPDI2的制备方法如下：
FPDI2的合成。将单溴稠环苝酰亚胺中间体(100mg，0.11mmol)、芴硼酸酯中间体(68mg，0.15mmol)和四(三苯基膦)钯(24mg，0.021mmol)加入反应器中，再加入2M碳酸钾水溶液(0.44mL)，四氢呋喃(2.2mL)作为溶剂，70℃加热反应24小时。停止反应，二氯甲烷与水分液，水洗，干燥，除溶，硅胶柱色谱提纯，展开剂极性为二氯甲烷：甲醇＝50:1，得到红色固体粉末，收率：70％。1H NMR(400MHz,CDCl3,25℃):δ(ppm)＝9.92(s,1H),9.44(s,1H),9.27(d,2H),9.04-8.99(m,3H),7.96-7.79(m,4H),7.47-7.39(m,3H),5.36(m,2H),2.42-2.37(m,4H),2.25-2.21(m,4H),2.14-2.10(m,4H),2.05(s,12H),1.70-1.68(m,4H),1.38-1.26(m,32H),0.83(t,12H)；MALDI-TOF-MS:Calcd for C77H92N4O4Se,1216.6284[M-],found1216.6273.
以下为FPDI2界面材料性能测试及应用试验。
a.紫外可见吸收光谱测试
FPDI2最大吸收波长为390nm，吸收范围为300～600nm，计算其摩尔吸光系数为7×104M-1cm-1，光学带隙Eg为2.04eV，证明该材料具有优良可见光捕获性能。
b.循环伏安测试
该材料的循环伏安曲线得到其第一还原峰的半波电位(Eonsetre)为-0.81V，计算得到其LUMO的能级为-3.55eV，其最高占有轨道(HOMO)能级为-5.82eV，证明该材料具有良好的氧化还原特性。
c.有机太阳能电池测试
电池制作方法、性能测试方法及过程同实施例7。表3中列出了基于不同活性层的有机太阳能电池的最佳性能参数，表4中列出了基于PM6:Y6活性层的有机太阳能电池应用不同厚度的FPDI2阴极界面层后最佳性能参数。由表3与4可以看出，该性能高于FPDI2，并且同时保持了相对提升的开路电压、短路电流密度和填充因子，在基于PM6:Y6，PM6:L8-BO,D18:L8-BO活性层的有机太阳能电池效率中处于较高水平。
试验数据表明，采用FPDI2作为阴极修饰材料制备有机太阳能电池能够表现出出色的光伏性能。
表3
表4
实施例3
界面材料FPDI3结构为上述所述的Y为H；为/>R1为/>R2为/>时，界面材料FPDI3的制备方法如下：
FPDI3的合成。将单溴稠环苝酰亚胺中间体(100mg，0.11mmol)、芴硼酸酯中间体(66mg，0.14mmol)和四(三苯基膦)钯(13mg，0.011mmol)加入反应器中，再加入2M碳酸钾水溶液(0.44mL)，四氢呋喃(2.2mL)作为溶剂，70℃加热反应24小时。停止反应，二氯甲烷与水分液，水洗，干燥，除溶，硅胶柱色谱提纯，展开剂极性为二氯甲烷：甲醇＝50:1，得到红色固体粉末，收率：74％。1H NMR(400MHz,CDCl3,25℃):δ(ppm)＝8.66-8.63(m,4H),8.01(s,2H),7.87-7.78(dd,2H),7.61-7.56(m,1H),7.49-7.47(d,2H),7.40-7.38(m,3H),5.20(m,2H),2.25-2.07(m,12H),2.01(s,12H),1.89-1.83(m,4H),1.38-1.24(m,32H),0.83(t,12H)；MALDI-TOF-MS:Calcd for C77H92N4O4S,1168.6839[M-],found 1168.6832.
以下为FPDI3材料性能测试及应用试验。
a.紫外可见吸收光谱测试
FPDI2最大吸收波长为537nm，吸收范围为300～600nm，计算其摩尔吸光系数为7×104M-1cm-1，光学带隙Eg为2.04eV，证明该材料具有优良可见光捕获性能。
b.循环伏安测试
该材料的循环伏安曲线得到其第一还原峰的半波电位(Eonsetre)为-0.76eV，计算得到其LUMO的能级为-3.60eV，其最高占有轨道(HOMO)能级为-5.86eV，证明该材料具有良好的氧化还原特性。
c.有机太阳能电池测试
电池制作方法、性能测试方法及过程同实施例7。表5中列出了基于不同活性层的有机太阳能电池的最佳性能参数，表6中列出了基于PM6:L8-BO活性层的有机太阳能电池应用不同厚度的FPDI3阴极界面层后最佳性能参数。
由表5与6可以看出，不同活性层的电池均表现出了不错的性能，且表现出了优异的厚度容忍性，当FPDI3厚度达到20nm时，电池保持97.6％的能量转换效率；当厚度达到50nm时，电池保持88％的能量转换效率。试验数据表明，采用FPDI3作为阴极修饰材料制备有机太阳能电池同样能够表现出出色的光伏性能。
表5
表6
通过本发明的实施例1至3中合成的FPDI1、FPDI2、FPDI3材料性能测试及应用试验，可以明显看出，本发明提供的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料具有电导率高、厚度不敏感、普适性好等优点。值得注意的是应用FPDI2作为阴极界面层时，PM6:Y6有机太阳能电池获得器件效率是该体系的最高效率之一；此外，当把FPDI2应用于D18:L8-BO有机太阳能电池中时，获得了最高的二元正式有机太阳能电池效率。
实施例4
界面材料FPDI4结构为上述所述的Y为F；为/>R1为/>R2为时，界面材料FPDI4的制备方法如下：
FPDI4的合成。将单溴稠环苝酰亚胺中间体(100mg，0.1mmol)、芴硼酸酯中间体(93mg，0.13mmol)和四(三苯基膦)钯(17mg，0.014mmol)加入反应器中，再加入2M碳酸钾水溶液(0.4mL)，N,N-二甲基甲酰胺(2mL)作为溶剂，90℃加热反应24小时。停止反应，二氯甲烷与水分液，水洗，干燥，除溶，硅胶柱色谱提纯，展开剂极性为二氯甲烷：甲醇＝50:1，得到红色固体粉末，收率：72％。MALDI-TOF-MS:Calcd for C85H106Br2F2N2O8P2S,1572.5480[M-],found 1572.5411.
实施例5
界面材料FPDI5结构为上述所述的Y为Cl；为/>R1为/>R2为时，界面材料FPDI5的制备方法如下：
FPDI5的合成。将单溴稠环苝酰亚胺中间体(100mg，0.083mmol)、芴硼酸酯中间体(111mg，0.1mmol)和四(三苯基膦)钯(12mg，0.01mmol)加入反应器中，再加入2M碳酸钾水溶液(0.3mL)，N,N-二甲基甲酰胺(1.5mL)作为溶剂，90℃加热反应24小时。停止反应，二氯甲烷与水分液，水洗，干燥，除溶，硅胶柱色谱提纯，展开剂极性为二氯甲烷：甲醇＝50:1，得到红色固体粉末，收率：75％。MALDI-TOF-MS:Calcd for C121H132Cl2I2N2O6P2S,2126.6748[M-],found 2126.6734.
实施例6
界面材料FPDI6结构为上述所述的Y为H；为/>R1为/>R2为时，界面材料FPDI6的制备方法如下：
FPDI6的合成。将单溴稠环苝酰亚胺中间体(100mg，0.097mmol)、芴硼酸酯中间体(65mg，0.13mmol)和四(三苯基膦)钯(12mg，0.01mmol)加入反应器中，再加入2M碳酸钾水溶液(0.4mL)，四氢呋喃(2mL)作为溶剂，70℃加热反应24小时。停止反应，二氯甲烷与水分液，水洗，干燥，除溶，硅胶柱色谱提纯，展开剂极性为二氯甲烷：甲醇＝50:1，得到红色固体粉末，收率：71％。MALDI-TOF-MS:Calcd for C83H92N8O6S,1328.6861[M-],found 21328.6845.
对比例1
以下通过对比例，详细说明本发明的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料相对于我们前期合成的D-A-D型有机阴极界面材料的技术进步。下面以D-A-D型有机阴极界面材料NDTI1为例进行详细说明，NDTI1材料的结构式如下，其合成方法参见我们前期向中国国家知识产权局提交的发明专利“D-A-D型稠环芳香酰亚胺界面材料及其制备方法与应用”(申请号：202310669869.4)。
表7为NDTI1于不同活性层搭配时的器件性能，表8为NDTI1在不同厚度下的电池性能。由表7、表8中数据，结合本发明与实施例1至3中产品的性能测试数据，可以看出FPDI1,FPDI2以及FPDI3在不同活性层下的电池效率均比高于NDTI1，尤其是PFDI2，这主要来源于提升的电导率。另外FPDI3在20和50nm厚度下依然保持97％和87％的效率，远高于NDTI1在20和50nm厚度下保持的87％和72％的效率，证明FPDI3拥有显著提升的厚度容忍性。可见，本发明提供的结构改进的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料其应用后的材料性能明显高于D-A-D型稠环芳香酰亚胺界面材料。
表7
表8
/>
Claims (7)
1.一种D-A型稠环苝酰亚胺界面材料，具有式(1)所示的结构通式：
X为O、S、Se或SO2；
Y为H元素或卤素元素；
R1为C1～C12直链烷烃、C1～C12支链烷烃、 其中n为1、2、3或4，R3为H、C1～C12直链烷烃，R4为H、CH3、CH(CH3)2、CH2CH(CH3)2、CH(CH3)CH2CH3、苯基或苄基，R5为H、C1～C12直链烷烃；
R2为下列基团中任意一种：
其中n为1、2、3或4，Z-阴离子为Cl-、Br-或I-。
2.权利要求1所述的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料作为阴极界面材料的应用。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，将D-A型稠环苝酰亚胺界面材料制成阴极界面层用于有机太阳能电池器件。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的阴极界面层的制备过程为：将D-A型稠环苝酰亚胺界面材料溶于醇类溶剂中，通过溶液加工法制备获得阴极界面层。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述溶剂采用甲醇、乙醇、异丙醇、三氟乙醇中至少一种。
6.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的D-A型稠环苝酰亚胺界面材料的薄膜厚度为5～50nm。
7.如权利要求2至6任一项所述的应用，其特征在于，所述有机太阳能电池的有机活性层的电子给体材料为PM6或D18，电子受体材料为Y6或L8-BO。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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