富勒烯衍生物、使用富勒烯衍生物的有机太阳能电池及其制造方法技术

本说明书涉及富勒烯衍生物、包含所述富勒烯衍生物的有机太阳能电池及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】富勒烯衍生物、使用富勒烯衍生物的有机太阳能电池及其制造方法
本说明书涉及富勒烯衍生物、使用所述富勒烯衍生物的有机太阳能电池及其制造方法。本申请要求于2013年4月17日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2013-0042114号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
使用有机材料的太阳能电池以其诸如简单的可加工性、多样性、廉价的制造成本和高柔性的优点引起了关注，并且随着新材料的开发而迅速壮大。基于制造过程的廉价成本和可用性(这是有机材料的最大优点)，预期有机半导体成为低价太阳能电池制造中的核心材料，所述低价太阳能电池例如薄膜型器件、大面积器件、可使用卷到卷(roll-to-roll)方法的柔性器件。虽然在20世纪70年代就首次提出了有机太阳能电池的可能性，但是由于效率太低，有机太阳能电池并没有实际使用。然而，自1986年EastmanKodak的C.W.Tang示出了使用铜酞菁(CuPc)和苝四羧酸衍生物的具有双层结构的多种太阳能电池商业化的可能性以后，对有机太阳能电池的兴趣及相关研究便迅速增加，带来了很大的进步。自此以后，当1995年Yu等引入了本体异质结(BHJ)的概念时，有机太阳能电池在效率方面取得了创新性的进步，并且开发了溶解度增加的富勒烯衍生物(例如PCBM)作为n型半导体材料。然而，起始材料富勒烯没有有利的溶解度，进而具有低反应性，并因此问题在于由于合成时的低产率而使富勒烯衍生物的成本增加。同时，为了替代现有材料，不断地尝试开发具有低带隙的电子供体材料和具有有利的电荷迁移率的电子受体材料。
技术实现思路
技术问题本说明书的目的是提供具有高溶解度和高电子迁移率的富勒烯衍生物、包含所述富勒烯衍生物的有机太阳能电池及其制造方法。技术方案本说明书的一个实施方案提供了由以下化学式1表示的富勒烯衍生物。[化学式1]在化学式1中，m是0或1的整数；p是1至3的整数；当p是2或更大时，括号内的结构彼此相同或不同；Cn是C60至C84的富勒烯；R1至R10彼此相同或不同，并且各自独立地是氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；羟基；酯基；羰基；取代或未取代的烷基；取代或未取代的环烷基；取代或未取代的烷氧基；取代或未取代的芳基烷基；取代或未取代的芳氧基；取代或未取代的烷基硫氧基；取代或未取代的芳基硫氧基；取代或未取代的烷基亚砜基；取代或未取代的芳基亚砜基；取代或未取代的烯基；取代或未取代的甲硅烷基；取代或未取代的硼基；取代或未取代的烷基胺基；取代或未取代的芳烷基胺基；取代或未取代的芳基胺基；取代或未取代的杂芳基胺基；取代或未取代的芳基；取代或未取代的芴基；取代或未取代的咔唑基；或者取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂环基，或者相邻取代基彼此键合以形成取代或未取代的烃环；取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂环，或者同一碳内的取代基形成螺环键；羰基；取代或未取代的亚胺基；或者取代或未取代的烯基，当m是0时，从由R1至R8的相邻取代基形成的环的取代基以及R1至R8中选出的至少一个，是-(L)a-(M)b；当m是1时，从由R1至R10的相邻取代基形成的环的取代基以及R1至R10中选出的至少一个，是-(L)a-(M)b；a是0或1的整数；b是1或2的整数；L是取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的二价醚基；取代或未取代的具有5至30个碳原子的二价芳族烃环；或者包含N、O和S原子中一者或更多者的二价芳族杂环；M是并且R是氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；羟基；酯基；羰基；取代或未取代的烷基；取代或未取代的环烷基；取代或未取代的烷氧基；取代或未取代的环烷氧基；取代或未取代的芳基烷基；取代或未取代的芳基烷氧基；取代或未取代的芳氧基；取代或未取代的烷基硫氧基；取代或未取代的芳基硫氧基；取代或未取代的烷基亚砜基；取代或未取代的芳基亚砜基；取代或未取代的烯基；取代或未取代的甲硅烷基；取代或未取代的甲硅烷氧基；取代或未取代的烷基胺基；取代或未取代的芳烷基胺基；取代或未取代的芳基胺基；取代或未取代的杂芳基胺基；取代或未取代的芳基；取代或未取代的芴基；取代或未取代的咔唑基；取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂芳基；或者取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂芳氧基。本说明书的一个实施方案提供了有机太阳能电池，其包括：第一电极、设置成与第一电极相反的第二电极、以及设置在第一电极与第二电极之间的一个或更多个有机材料层，其中所述有机材料层的一个或更多个层包含富勒烯衍生物。此外，本说明书的一个实施方案提供了用于制造有机太阳能电池的方法，其包括以下步骤：准备基底；在基底之上形成第一电极；在第一电极之上形成一个或更多个包括光活性层的有机材料层；以及在有机材料层之上形成第二电极，其中所述有机材料层的一个或更多个层包含由化学式1表示的富勒烯衍生物。有益效果包含根据本说明书一个实施方案的富勒烯衍生物的有机太阳能电池显示出效率增强和/或安全性增强。根据本说明书一个实施方案的富勒烯衍生物可以单独用于有机太阳能电池或者与杂质作为混合物用于有机太阳能电池，并且可应用真空沉积法、溶液涂覆法等。根据本说明书一个实施方案的富勒烯衍生物可以改善光效率。附图说明图1通过图解示出了根据一个实施方案的有机太阳能电池。图2是示出了由化学式1-2-2表示的富勒烯衍生物的MS谱图的图。图3是示出了由化学式1-1-1表示的富勒烯衍生物的MS谱图的图。图4是示出了由化学式1-1-1表示的富勒烯衍生物(p＝1)在纯化后的MS谱图的图。图5是示出了由化学式1-1-1表示的富勒烯衍生物(p＝1)在纯化后的液相色谱(HPLC)的图。图6是示出了由化学式1-1-36表示的富勒烯衍生物的MS谱图的图。图7是示出了由化学式1-1-36表示的富勒烯衍生物的液相色谱(HPLC)的图。图8是示出了由化学式1-1-36表示的富勒烯衍生物的NMR图谱的图。图9是示出了由化学式1-1-2表示的富勒烯衍生物的MS谱图的图。图10是示出了由化学式1-1-12表示的富勒烯衍生物(p＝1)在纯化后的MS谱图的图。图11是示出了由化学式1-1-12表示的富勒烯衍生物(p＝2)在纯化后的MS谱图的图。图12是示出了由化学式1-1-15表示的富勒烯衍生物的MS谱图的图。图13是示出了由化学式1-1-44表示的富勒烯衍生物的MS谱图的图。图14是示出了由化学式1-1-21表示的富勒烯衍生物的MS谱图的图。附图标记101：基底102：第一电极103：空穴传输层104：光活性层105：第二电极具体实施方式下文中，将详细地描述本说明书。本说明书的一个实施方案提供了由化学式1表示的富勒烯衍生物。在根据本说明书一个实施方案的富勒烯衍生物中，当m是0时，从由R1至R8的相邻取代基形成的环的取代基以及R1至R8中选出的至少一个，是-(L)a-(M)b；并且当m是1时，从由R1至R10的相邻取代基形成的环的取代基以及R1至R10中选出的至少一个，是-(L)a-(M)b。L是取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的二价醚基；取代或未取代的具有5至30个碳原子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由以下化学式1表示的富勒烯衍生物：[化学式1]在化学式1中，m是0或1的整数；p是1至3的整数；当p是2或更大时，括号内的结构彼此相同或不同；Cn是C60至C84的富勒烯；R1至R10彼此相同或不同，并且各自独立地是氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；羟基；酯基；羰基；取代或未取代的烷基；取代或未取代的环烷基；取代或未取代的烷氧基；取代或未取代的芳基烷基；取代或未取代的芳氧基；取代或未取代的烷基硫氧基；取代或未取代的芳基硫氧基；取代或未取代的烷基亚砜基；取代或未取代的芳基亚砜基；取代或未取代的烯基；取代或未取代的甲硅烷基；取代或未取代的硼基；取代或未取代的烷基胺基；取代或未取代的芳烷基胺基；取代或未取代的芳基胺基；取代或未取代的杂芳基胺基；取代或未取代的芳基；取代或未取代的芴基；取代或未取代的咔唑基；或者取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂环基；或者相邻取代基彼此键合以形成取代或未取代的烃环；取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂环，或者同一碳内的取代基形成螺环键；羰基；取代或未取代的亚胺基；或者取代或未取代的烯基；当m是0时，从由R1至R8的相邻取代基形成的环的取代基以及R1至R8中选出的至少一个，是‑(L)a‑(M)b；当m是1时，从由R1至R10的相邻取代基形成的环的取代基以及R1至R10中选出的至少一个，是‑(L)a‑(M)b；a是0或1的整数；b是1或2的整数；L是取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的二价醚基；取代或未取代的具有5至30个碳原子的二价芳族烃环；或者包含N、O和S原子中一者或更多者的二价芳族杂环；M是并且R是氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；羟基；酯基；羰基；取代或未取代的烷基；取代或未取代的环烷基；取代或未取代的烷氧基；取代或未取代的环烷氧基；取代或未取代的芳基烷基；取代或未取代的芳基烷氧基；取代或未取代的芳氧基；取代或未取代的烷基硫氧基；取代或未取代的芳基硫氧基；取代或未取代的烷基亚砜基；取代或未取代的芳基亚砜基；取代或未取代的烯基；取代或未取代的甲硅烷基；取代或未取代的甲硅烷氧基；取代或未取代的烷基胺基；取代或未取代的芳烷基胺基；取代或未取代的芳基胺基；取代或未取代的杂芳基胺基；取代或未取代的芳基；取代或未取代的芴基；取代或未取代的咔唑基；取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂芳基；或者取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂芳氧基。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.17 KR 10-2013-00421141.一种由以下化学式1表示的富勒烯衍生物：[化学式1]在化学式1中，m是0或1的整数；p是1至3的整数；当p是2或更大时，括号内的结构彼此相同或不同；Cn是C60至C84的富勒烯；R1至R10彼此相同或不同，并且各自独立地是氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；羟基；酯基；羰基；取代或未取代的、直链或支链的烷基；取代或未取代的环烷基；取代或未取代的烷氧基；取代或未取代的芳基烷基；取代或未取代的芳氧基；取代或未取代的烷基硫氧基；取代或未取代的芳基硫氧基；取代或未取代的烷基亚砜基；取代或未取代的芳基亚砜基；取代或未取代的烯基；取代或未取代的甲硅烷基；取代或未取代的硼基；取代或未取代的烷基胺基；取代或未取代的芳烷基胺基；取代或未取代的芳基胺基；取代或未取代的杂芳基胺基；取代或未取代的芳基；取代或未取代的芴基；取代或未取代的咔唑基；或者取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂环基；或者相邻取代基彼此键合以形成取代或未取代的烃环；取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂环，或者同一碳内的取代基形成螺环键；羰基；取代或未取代的亚胺基；或者取代或未取代的烯基；当m是0时，从由R1至R8的相邻取代基形成的环的取代基以及R1至R8中选出的至少一个，是-(L)a-(M)b；当m是1时，从由R1至R10的相邻取代基形成的环的取代基以及R1至R10中选出的至少一个，是-(L)a-(M)b；a是0或1的整数；b是1或2的整数；L是取代或未取代的具有1至20个碳原子的亚烷基；取代或未取代的具有1至20个碳原子的二价醚基；取代或未取代的具有5至30个碳原子的二价芳族烃环；或者包含N、O和S原子中一者或更多者的二价芳族杂环；M是并且R是氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；羟基；酯基；羰基；取代或未取代的、直链或支链的烷基；取代或未取代的环烷基；取代或未取代的烷氧基；取代或未取代的环烷氧基；取代或未取代的芳基烷基；取代或未取代的芳基烷氧基；取代或未取代的芳氧基；取代或未取代的烷基硫氧基；取代或未取代的芳基硫氧基；取代或未取代的烷基亚砜基；取代或未取代的芳基亚砜基；取代或未取代的烯基；取代或未取代的甲硅烷基；取代或未取代的甲硅烷氧基；取代或未取代的烷基胺基；取代或未取代的芳烷基胺基；取代或未取代的芳基胺基；取代或未取代的杂芳基胺基；取代或未取代的芳基；取代或未取代的芴基；取代或未取代的咔唑基；取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂芳基；或者取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂芳氧基。2.根据权利要求1所述的富勒烯衍生物，其中由化学式1表示的所述富勒烯衍生物由以下化学式2至以下化学式5中的任一个表示：[化学式2][化学式3][化学式4][化学式5]在化学式2至化学式5中，Cn、m、p和R1至R10与化学式1中所限定的那些相同；X1至X4彼此相同或不同，并且各自独立地是CRx或N；Y1至Y4彼此相同或不同，并且各自独立地是CRy或N；X5至X7彼此相同或不同，并且各自独立地是CRx’、S或NRx’；Y5至Y7彼此相同或不同，并且各自独立地是Cry’、S或NRy’；并且Rx、Ry、Rx’和Ry’彼此相同或不同，并且各自独立地是氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；羟基；酯基；羰基；取代或未取代的、直链或支链的烷基；取代或未取代的环烷基；取代或未取代的烷氧基；取代或未取代的芳基烷基；取代或未取代的芳氧基；取代或未取代的烷基硫氧基；取代或未取代的芳基硫氧基；取代或未取代的烷基亚砜基；取代或未取代的芳基亚砜基；取代或未取代的烯基；取代或未取代的甲硅烷基；取代或未取代的硼基；取代或未取代的烷基胺基；取代或未取代的芳烷基胺基；取代或未取代的芳基胺基；取代或未取代的杂芳基胺基；取代或未取代的芳基；取代或未取代的芴基；取代或未取代的咔唑基；或者取代或未取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂环基，或者相邻取代基彼此键合以形成取代或未取代的烃环；或者包含N、O和S原子中一者或更多者的杂环；或者螺环键。3.根据权利要求1所述的富勒烯衍生物，其中m为0。4.根据权利要求1所述的富勒烯衍生物，其中m为1。5.根据权利要求1所述的富勒烯衍生物，其中从由R1至R10的相邻取代基形成的烃环的取代基以及R5至R8中选出的至少一个，是-(L)a-(M)b...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴在顺，李载澈，李志永，李幸根，张松林，崔祯珉，金填硕，曹根，崔斗焕，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR