聚合物及使用其的太阳能电池的制作方法_4

文档序号:9583234阅读:来源:国知局
形状。对于基板110的厚 度也没有限制。基板110的厚度通常为5μηιW上至20mmW下,优选为20μηιW上至10mm W下。如果基板110过薄,则太阳能电池元件110的强度有可能不足,而如果基板110过厚, 则有可能使成本提高或是重量变得过重。在基板110为玻璃的情况下,如果过薄,则机械强 度降低,基板110变得容易破裂,因此,其厚度优选为0.01mmW上,更优选为0.1mm。另外, 过厚使得基板110变重,因此,基板110的厚度优选为10mmW下,更优选为3mmW下。
[0130] <太阳能电池元件100的制造方法〉 阳131]本实施方式的太阳能电池元件100可W通过采用上述方法在基板110上依次形成 电极120、活性层140W及电极160来制造。在设置缓冲层130、150时,也可W在基板110 上依次形成电极120、缓冲层130、活性层140、缓冲层150W及电极160。进而,对于通过在 基板110上依次形成各层而得到的层叠体,优选进行加热处理(退火处理)。通过进行退火 处理,往往可使太阳能电池元件100的热稳定性、耐久性等改善。认为理由之一是,退火处 理有时能够改善各层间的粘附性。 阳132]加热溫度通常为200°CW下,且优选为180°CW下,且更优选为150°CW下。加热 溫度通常为50°CW上,且优选为80°CW上。如果溫度过低,则有可能得不到充分的粘附性 改善效果。如果溫度过高,例如,则有可能活性层140中包括的化合物热分解。注意在多种 溫度下加热可W适用于退火处理。加热时间通常为1分钟W上至3小时W下,优选为3分 钟W上至1小时W下。优选当作为太阳能电池性能参数的开路电压、短路电流W及填充因 数(fillfactor)达到预定值时结束退火处理。退火处理优选在常压下进行,还优选在惰 性气体气氛中实施。 阳133] 本实施方式的太阳能电池,可W采用任意的方法来制作。例如,可W按照公知的技 术,为了改善耐候性,通过用适当的保护材料包覆所述有机薄膜太阳能电池(太阳能电池 元件100)的表面,由此制作太阳能电池。作为保护材料,可举出耐候性保护薄膜、防紫外线 薄膜、气体阻隔性薄膜、吸气材料薄膜、密封材料等。能够加入到除上述W外的已知配置中。 [0134] W下,描述实施例及其评价结果。 阳135](实施例1) 聚(4. 8-双巧-(2-Λ基R基)嚷晚基)龙并「1.2-b:4. 5-b'1二嚷晚-2. 6-二 基-alt-(5-宰基-2. 7-硫杂-5-氣杂环巧「a1并环巧二備-4. 6-二删-1.3-二基))「Ρ1? 的合成 阳137][化 16] 阳13引
阳139] 在氮气气氛中,称重l.Sllg化00mmol)2,6-双甲基锡)-4,8-双巧-(2-乙基 己基)嚷吩-2-基)苯并(l,2-b:4,5-b')二嚷吩、0. 078g(0. 0675mmol)四苯麟)钮 (催化剂)和0. 960g化OOmmol) 1,3-二漠-5-辛基-2, 7-硫杂-5-氮杂环戊[a]并环戊二 締-4,6-二酬,加入到带有Ξ通旋塞的Ξ颈瓶中。在通过Ξ通旋塞使氣气流入Ξ颈瓶的同 时,使带有氣气导管的回流试管连接至流入氣气的Ξ颈瓶。随后,为了防止因空气混入导致 的催化剂失活,按照空气不能进入的方式安装滴液漏斗。使氣气导管连接真空管线,使得氣 气与真空之间的转换开关可利用。
[0140] 接下来封闭Ξ通旋塞,在Ξ颈瓶内部抽真空,再导入氣气。将上述操作重复3次。 用注射器从Ξ颈瓶的Ξ通旋塞一端(使氣气从另一端流入)加入已经脱气的甲苯酸 酢,溶解后,用注射器吸出。打开Ξ颈瓶的Ξ通旋塞的一个(使氣气从另一个中流入),加入 注射器中化合物DM的甲苯溶液。再称重通过注射器脱气的8mL二甲基甲酯胺(DM巧酸酢, 从Ξ通旋塞的一端加入到Ξ颈瓶(使氣气从另一端流入)中,然后封闭Ξ通旋塞。 阳141] 在油浴中加热该立颈瓶,使其在回流溫度下反应12小时,此后,冷却至室溫。在氮 气气氛中,称重0. 161g^甲基苯基锡,溶于已经脱气的甲苯酸酢,通过与上述类似的方 式用注射器加入到Ξ颈瓶中,回流加热2小时。在氮气气氛中冷却至室溫后,称重0. 157g 漠苯,溶于已经脱气的甲苯酸酢,通过与上述类似的方式用注射器加入到Ξ颈瓶中,回 流加热2小时。冷却至室溫后,将上述反应溶液滴入1L甲醇,同时揽拌,W沉淀聚合物。将 用玻璃过滤器过滤后的沉淀溶于氯仿,然后通过娃藻±柱除去催化剂。用蒸发器浓缩溶剂, 在充分揽拌后,加入甲醇,通过使用玻璃过滤器过滤,得到固体。用索氏提取器提取该固体, 依次使用乙酸乙醋、己烧和甲苯精制。浓缩甲苯提取物,用甲醇再沉淀,过滤,将由此得到的 固体在60°C真空干燥4小时,得到1. 697g巧4. 4% )黑色固体聚合物。
[0142]使用NMR装置(JNM-GSX270 (商标名),由巧化Ltd.生产)评价得到的固体。得 到的结果为:"lH-NMR(270MHz,CDCI3)d:8. 2-6. 3 (宽峰),3. 9-3. 3 (宽峰),3. 3-2. 5 (宽 峰),2. 1-0. 4 (m)"。在d6. 3-8. 2ppm观察到侧链的苯并嚷吩环和嚷吩环的芳族质子峰,在 3. 3-3. 9ppm观察到相当于N-CH2的峰,在2. 5-3.化pm观察到相当于键合到侧链的嚷吩环的 邸2的峰,在化5-2.化pm观察到相当于烷基的峰,所观察到的每个峰均为宽峰,证实得到的 固体是目标聚合物。
[0143] 此外,还通过凝胶渗透色谱法进行评价。通过使用GPC装置(HrcL:CBM20(商标 名),由甜IMZUCORPORATION生产,柱:Shodex生产的K-504,溶剂:氯仿),测定按聚苯乙 締换算的重均分子量,且数值为2.61义105曲讯/^11 = 3.95)。进行1^-乂13吸收光谱测定(通 过使用由SHIMSUCORPORATION生产的A2000 (商标名)和使用氯仿溶液),最大吸收峰 (入max)在 705. 5nm。
[0144] 通过如下所示的合成路径(方案1)合成用于合成聚合物的1,3-二漠-5-辛 基-2, 7-硫杂-5-氮杂环戊[a]并环戊二締-4,6-二酬(M6)。
[0145][化 17] 阳146]
阳147] 方案1
[0148] 给Ξ颈瓶安装连接氣气导管的回流冷凝管和滴液漏斗。用磁性揽拌器进行揽拌。 向Ξ颈瓶内部加入16. 878g(0. 0906mol)4,6-二氨嚷吩并巧,4-b]嚷吩-2-甲酸(Ml),再 加入400mLTHF,溶解,用干冰/丙酬浴冷却至-78°C。向上述体系中从滴液漏斗中逐步 滴加保持在-70°C的126血1. 6M正-下基裡溶液,同时揽拌。滴加后,在-78°C进行揽拌 2小时,此后,在使二氧化碳通过气体导管进入烧瓶起泡的同时,使反应在-78Γ进行6小 时。此后,将该反应混合物谨慎地倾入1L稀盐水溶液。此后,用乙酸乙醋提取3次。在用 硫酸儀酸酢干燥有机层后,减压除去溶剂,得到淡黄褐色固体。用氯仿充分洗涂固体,得到 13. 676g(59. 4%)化合物(M2),为黄色固体。
[0149]对得到的化合物(M2),按照与上述类似的方式用NMR进行评价。得到的结果 为:"1H-NMR (270MHz, CDC!3) δ :4.98 (2H,s), 4.25 (2H,q,J = 1.87Hz) ,4.20 (2H,dd,J = 4. 29, 1. 65. OHz),'," 13C-NMR δ : 166. 9, 165. 7, 148. 7, 147. 3, 142. 7, 131. 4, 35. 7, 33. 4"。
[0150] 接下来,给Ξ颈瓶安装连接氣气导管的回流冷凝管和滴液漏斗,并且再安装磁 揽拌器,然后向上述合成的10. 317g(44.8mmol)的化合物(M2)中加入120血乙酢,回 流加热24小时。减压除去挥发性成分,得到带黑色的栋色固体。用甲苯进行重结晶, 得到5. 403g巧5. 7%)化合物(M3),为栋色固体。对得到的化合物(M3),按照与上述类 似的方式用醒3进行评价。得到的结果为:"1护^版(2701化,〔0(:13)(1:4.28(2&(1(1,1 = 4. 12, 2. 47Hz),74. 18 (2H,q,J= 2. 2Hz)"。 阳151] 接下来,给Ξ颈瓶安装连接氣气导管的回流冷凝管和滴液漏斗,并且再安装磁揽 拌器,然后向加入上述合成的10. 317g(44.8mmol)的化合物(M3)中加入50血甲苯酸酢, 进行溶液加热。然后在回流状态下滴加溶于20mL甲苯酸酢的2. 650g正辛胺。滴加后,使 反应在回流溫度下进行24小时。减压除去挥发性成分后,加入lOOmL亚硫酷氯,在氣气气 氛中回流加热3小时。得到带黑色的栋色物质,为油状物形式。通过柱色谱法精制该物质 (硅胶,己烧:甲苯=2:1-0:1),得到:2.58邑(48.7%)化合物曲4),为淡红澄色固体;和 1. 407g(26. 0% )化合物(M5),为淡红澄色油状物形式。
[0152] 用醒R的评价结果为:"1H-匪R(270MHz, CDCU δ :4. 21 (2H, dd, J =2. 09Hz),4. 15 (2H, q, J = 2. 0 9Hz ),3 . 5 7 (2H, t,J = 7 2 5 Hz),1. 7 41 o 1.55(m,2H),1.4to 1.2(m,10H), 0.87(3H,t,J = 6.59Hz),,和"13C-NM R δ:163. 7, 162. 9, 152. 9, 144. 1, 137. 7, 137. 0, 38. 5, 32. 7, 31. 8, 31. 2, 29. 1, 28. 8, 26. 8, 22.6, 14. 1"。
[0153] 接下来,给Ξ颈瓶安装连接氣气导管的回流冷凝管和滴液漏斗,并且再安装磁揽 拌器,然后向上述合成的2. 253g化91mmol)的化合物(M4)中加入30mL氯仿,溶解,用干冰 /丙酬浴冷却至-40°C。此外,从滴液漏斗中逐步滴加溶于20mL氯仿的1. 656mL化91mmol) 间-氯过苯甲酸。在-40°C反应30分钟后,使溫度恢复至室溫,使反应再进行75分钟。减压 除去溶剂后,将30mL乙酢加入到残余物中,使反应回流加热进行20分钟。通过柱色谱法精 制反应混合物(硅胶,己烧:甲苯=1:1),得到1.709g(76. 9% ) 5-辛基-2, 7-硫杂-5-氮 杂环戊[a]并环戊二締-4,6-二酬(M5),为淡红澄色油状物形式。 阳 154]用醒R的评价结果为:"1H-醒R(270MHz,CDCI3)δ:7. 83(1H,d,J= 2. 64Hz) , 7. 47 (IH, t, J = 2. 64Hz) , 3. 6 1 (2H, td, J = 7. 25Hz), 1. 56 (2H, t, J =7.09Hz),1.45to 1.2(m,10H),0.87(3H,t,J = 6.43Hz)"和"13C-NM R δ : 164. 3, 163. 8, 149. 6, 143. 9, 135. 9, 131. 6, 116. 0, 113. 8, 38. 5, 3. 8, 39. 2, 28. 8, 26. 8, 2 2.6, 14. 1"。
[01巧]给200血Ξ颈瓶配备连接氣气导管的回流冷凝管和滴液漏斗,再配备磁揽拌器, 然后加入2.954g化19mmol)上述化合物(Μ5),加入27mLDMF酸酢,进行溶解。在室溫下从 滴液漏斗中滴加溶于27mLDMF酸酢的4. 095g化19mmol)NBS,揽拌1天。将硫代硫酸钢溶液 倾入反应混合物,进行提取。用硫酸儀酸酢干燥有机层后,减压除去溶剂。通过柱色谱法精 制上述物质(硅胶,己烧:甲苯=1:1),得到3. 946g(89.6% ) 1,3-二漠-5-辛基-2, 7-硫 杂-5-氮杂环戊[a]并环戊二締-4,6-二酬(M6),为澄色固体。
[0156] 对得到的化合物(M6)进行NMR评价。得到的结果为:"lH-NMR(270MHz,CDC13) δ: 3. 61 (2Η,td,J= 7. 25Hz), 1. 75-1. 55 (2H,m), 1. 45-1. 2 (m,lOH), 0. 87 (3H,t,J= 6. 43Hz)"和"13C-NMRδ: 163. 4, 162. 2, 150. 5, 144. 7, 136.8, 131.8, 102. 4, 99. 9, 38.8, 31. 7 ,29. 14, 29. 12, 28. 7, 26.8, 22.6, 14. 1"。
[0157]通过D.J.Zwanenburg等人J.Org.Qiem. , 1966,第 31 卷,3363 中所述的方法合 成 4,6-二氨嚷吩并[3, 4-b]嚷吩-2-甲酸(Ml)。通过LijinHuo等人Angew.Qiem.Int. Ed. 2011,50, 9697中所述的方法[12]合成用于聚合物合成的另一种单体,即2,6-双(Ξ甲 基锡)-4,8-双巧-(2-乙基己基)嚷吩-2-基)苯并(l,2-b: 4, 5-b')二嚷吩。此外,通过 使用化ngyeLiang等人在J.Am.Chem.Soc. 2009 第 131 卷,第 22 期,7792-7799 中所述的 方法合成4,6-二漠-3-氣-嚷吩并巧,4-b]嚷吩-2-甲酸2-乙基己基。
[0158](实施例。 阳1
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