[发明专利]九元稠环化合物与有机光伏电池

说明书

一种九元稠环化合物如化学式(I)所示。本发明的九元稠环化合物能作为非富勒烯电子受体材料，且可使用相对较环保的无氯溶剂来溶解，进而适用于大面积涂布。此外，包含本发明的九元稠环化合物的有机光伏电池也会具有优异的能量转换效率(PCE)。

技术领域

本发明涉及一种九元稠环化合物与有机光伏电池，特别涉及一种具有噻吩的九元稠环化合物与一种包括前述九元稠环化合物的有机光伏电池。

背景技术

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之蕴育而生，其包含了染料敏化电池(dye-sensitizedsolar cell；DSSC)、纳米结晶电池与有机光伏电池(organic photovoltaics；OPV)。与需利用真空工艺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、网版印刷或喷墨印刷等方法制作，更容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)适用于液相工艺(即可大面积湿式涂布)。

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。

CN106831815 B虽公开一种非富勒烯有机电子受体材料，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，前述专利中的七稠环有机电子受体材料的吸收范围仍可通过增加稠环数量使其红移的空间。此外，如果电子受体材料的结晶性好，其元件制作就会需要含氯溶剂来增加溶解度，这会增加后续涂布加工的困难度。

因此，如何找到一种非富勒烯电子受体材料，其可使用相对较环保的无氯溶剂(例如甲苯、邻二甲苯)来溶解，进而适用于大面积涂布，以利进行后续的涂布加工，且该电子受体材料同时还能使有机光伏电池具有优异的能量转换效率(PCE)，成为目前致力研究的目标，也是使其可产业化的重要方向之一。

发明内容

因此，本发明的第一目的，即在提供一种九元稠环化合物。以该九元稠环化合物作为非富勒烯电子受体材料时，可使用无氯溶剂来溶解，且该九元稠环化合物同时还能使有机光伏电池具有优异的能量转换效率。

于是，本发明九元稠环化合物，如下列化学式(I)所示：

[化学式(I)]

其中，

X为NR³、C(R⁴)₂或Si(R⁵)₂；

R¹为氢、C₁～C₃₀烷基、C₁～C₃₀烷氧基、C₁～C₃₀烷基芳基或C₁～C₃₀烷基杂芳基；

R²为C₁～C₃₀烷基或C₁～C₃₀烷氧基；