有机太阳能电池及其制造方法

摘要

本发明涉及有机太阳能电池及其制造方法。特别地，根据本发明的有机太阳能电池可通过溶液制造，且可包括因氢键而具有强结合力并具有优异结晶度的光活性层。因此，根据本发明的有机太阳能电池可在例如驱动电压、电流、寿命等特性方面显示出优异性。

权利要求

1.一种有机太阳能电池，包括：阳极、阴极、以及布置在所述阳极和所述阴极之间的具有一个或更多个层的有机材料层，其中至少一个所述具有一个或更多个层的有机材料层包含经热处理、光处理、或酸处理的化合物，所述经热处理、光处理、或酸处理的化合物包含能够形成氢键的基团，以及所述化合物在经受热处理、光处理、或酸处理之前包含待通过热处理、光处理、或酸处理移除的离去基团，其中所述化合物在经受热处理、光处理、或酸处理之前由下式1-1或1-2表示：[式1-1]

[式1-2]

2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中所述能够形成氢键的基团选自胺基。

3.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中包含所述经热处理、光处理、或酸处理的化合物的有机材料层为阳极缓冲层。

4.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中包含所述经热处理、光处理、或酸处理的化合物的有机材料层为光活性层。

5.根据权利要求4所述的有机太阳能电池，其中所述光活性层包含电子供体材料和电子受体材料，以及所述电子供体材料包含所述经热处理、光处理、或酸处理的化合物。

6.根据权利要求4所述的有机太阳能电池，其中所述光活性层包含具有三个或更多个层的有机材料层，所述有机材料层包含：n型有机材料层、n-p型有机材料层、和p型有机材料层；以及所述p型有机材料层和所述n-p型有机材料层中的一个或更多个层包含经热处理、光处理、或酸处理的化合物。

7.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中所述经热处理、光处理、或酸处理的化合物由下式2-1或2-2表示：[式2-1]

[式2-2]

8.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中所述有机太阳能电池还包含空穴传输层和电子传输层中的一者或更多者。

9.一种用于制备有机太阳能电池的方法，所述方法包括：制备基底；

在所述基底上形成阳极或阴极；

在所述阳极或阴极上形成具有一个或更多个层的有机材料层；以及在所述具有一个或更多个层的有机材料层上形成阴极或阳极，其中形成所述具有一个或更多个层的有机材料层包括：通过使用包含待通过热处理、光处理、或酸处理移除的离去基团的化合物形成薄膜；以及使形成的薄膜经受热处理、光处理、或酸处理，以及经热处理、光处理、或酸处理的薄膜包含含有能够形成氢键的基团的化合物，其中所述包含待通过热处理、光处理、或酸处理移除的离去基团的化合物由下式1-1或

1-2表示：

[式1-1]

[式1-2]

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述热处理在20℃到400℃的温度下进行1秒到48小时。

说明书

有机太阳能电池及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明要求于2014年1月17日在KIPO提交的韩国专利申请No.10-2014-0005862的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

[0002] 本发明涉及有机太阳能电池及其制造方法。

背景技术

[0003] 太阳能电池为可通过应用光伏效应将太阳能直接转换成电能的装置。太阳能电池可根据构成薄膜的材料而分成无机太阳能电池和有机太阳能电池。典型的太阳能电池使用通过掺杂作为无机半导体的晶体硅(Si)而获得的p-n结来制备。由于光的吸收而产生的电子和空穴扩散到p-n结点，通过电场加速并且移动到电极。该过程的能量转换效率定义为给予外部电路的能量与供入太阳能电池的太阳能之比，并且当在现有标准化虚拟太阳照射条件下测量时达到至多24％。然而，由于相关领域中的无机太阳能电池在经济可行性和可用材料方面显示出限制性，因此容易处理、廉价并且具有多种功能性的有机半导体太阳能电池成为长期替代能源的焦点。

[0004] 由于有机太阳能电池使用少量的多种有机半导体材料，材料成本可降低，并且薄膜可通过湿法制备，因此可以通过简单方法制备装置。

[0005] 根据光活性层的结构，有机太阳能电池分为：双层p-n结型有机太阳能电池，其包括由p型半导体薄膜和n型半导体薄膜的两个层构成的光活性层；以及本体异质结(BHJ)型有机太阳能电池，其包括其中将n型半导体和p型半导体共混的光活性层。

[0006] 在太阳能电池中，重要的是提高效率以使得可以从太阳能输出尽可能多的电能。为了提高太阳能电池的效率，还重要的是从半导体内部产生尽可能多的激子，而还重要的是无损失地将所产生的电荷取出至外部。电荷损失的原因之一为所产生的电子和空穴因复合而湮灭。已提出多种方法作为无损失地将所产生的电子或空穴转移至电极的方法，但大部分方法需要另外的过程，并且因此制造成本可能提高。

[0007] 引用列表

[0008] 专利文献

[0009] 韩国专利申请公开官方公报No.10-2010-0011186

发明内容

[0010] 技术问题

[0011] 本发明的一个目的为提供一种用于光活性层的材料以及包含其的有机太阳能电池，所述材料可具有高空穴迁移率以显示出优异的电特性，并且通过具有稳定的HOMO能级以致具有高开路电压而在光电转换效率特性方面特别优异。此外，高光电转换效率可通过经由热处理提高空穴迁移率而获得。此外，本发明的另一个目的为提供因制造过程简单而可大量生产的电子供体材料。

[0012] 技术方案

[0013] 本发明的示例性实施方案提供了有机太阳能电池，其包括：

[0014] 阳极、阴极、和布置在所述阳极和所述阴极之间的具有一个或更多个层的有机材料层，

[0015] 其中所述具有一个或更多个层的有机材料层中的至少之一包含经热处理、光处理、或酸处理的化合物，

[0016] 所述经热处理、光处理、或酸处理的化合物包含能够形成氢键的基团，以及[0017] 所述化合物在经受热处理、光处理、或酸处理之前包含待通过热处理、光处理、或酸处理移除的离去基团。

[0018] 此外，本发明的另一个示例性实施方案提供了用于制备有机太阳能电池的方法，所述方法包括：

[0019] 制备基底；

[0020] 在所述基底上形成阳极或阴极；

[0021] 在所述阳极或阴极上形成具有一个或更多个层的有机材料层；以及

[0022] 在所述具有一个或更多个层的有机材料层上形成阴极或阳极，

[0023] 其中形成所述具有一个或更多个层的有机材料层包括：通过使用包含待通过热处理、光处理、或酸处理移除的离去基团的化合物形成薄膜；以及

[0024] 使形成的薄膜经历热处理、光处理、或酸处理，以及

[0025] 经热处理、光处理、或酸处理的薄膜包含含有能够形成氢键的基团的化合物。

[0026] 本发明的有利效果

[0027] 根据本发明的有机太阳能电池可通过溶液法制造，并且可包含因氢键而具有强结合力且结晶度优异的光活性层。因此，根据本发明的有机太阳能电池可显示出在驱动电压、电流、使用寿命等方面的优异特性。

附图说明

[0028] 图1为示出根据本发明示例性实施方案的热处理过程之后式1-1的UV光谱结果的图。

[0029] 图2为示出根据本发明示例性实施方案的制备例1的化合物1的NMR结果的图。

[0030] 图3为示出根据本发明示例性实施方案的制备例1的化合物1的MS数据的图。

[0031] 图4为示出根据本发明示例性实施方案的制备例1的化合物2的NMR结果的图。

[0032] 图5为示出根据本发明示例性实施方案的制备例1的化合物2的MS数据的图。

[0033] 图6和图7为示出根据本发明示例性实施方案的制备例1的化合物3的NMR结果的图。

[0034] 图8为示出根据本发明示例性实施方案的制备例2的式1-2的MS数据的图。

[0035] 图9为示出根据本发明示例性实施方案的式1-1的UV光谱的图。

[0036] 图10为示出根据本发明示例性实施方案的式1-1的热重分析的图。

[0037] 图11为示出根据本发明示例性实施方案的式1-1的IR光谱的图。

[0038] 图12为示出根据比较例1的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。

[0039] 图13为示出根据实验例1的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。

具体实施方式

[0040] 下文将详述本发明。

[0041] 当将一个构件放置在另一个构件“上”时，本发明不仅包括一个构件与另一个构件相邻的情况，还包括两个构件之间存在第三构件的情况。

[0042] 根据本发明示例性实施方案的有机太阳能电池包括阳极、阴极、以及布置在所述阳极与所述阴极之间的具有一个或更多个层的有机材料层，

[0043] 其中所述具有一个或更多个层的有机材料层的至少之一包含经热处理、光处理、或酸处理的化合物，

[0044] 所述经热处理、光处理、或酸处理的化合物包含能够形成氢键的基团，以及[0045] 所述化合物在经受热处理、光处理、或酸处理之前包含待通过热处理、光处理、或酸处理移除的离去基团。

[0046] 具体地说，根据本发明示例性实施方案的有机太阳能电池包括阳极、阴极、以及布置在所述阳极和所述阴极之间的具有一个或更多个层的有机材料层，且所述具有一个或更多个层的有机材料层包含通过以下方法形成的有机材料层，所述方法包括通过使用其中引入有待通过热处理、光处理、或酸处理移除的取代基(离去基团)的化合物而形成薄膜，然后进行热处理、光处理、或酸处理，以及

[0047] 通过进行热处理、光处理、或酸处理形成的有机材料层包含具有能够形成氢键的基团的化合物。

[0048] 在本发明的一个示例性实施方案中，基于通过进行热处理、光处理、或酸处理形成的有机材料层的总固体含量，在热处理、光处理、或酸处理之后从其中移除离去基团的化合物以90％或更多的量存在。

[0049] 在本发明中，能够形成氢键的基团意指可形成氢键的官能团。

[0050] 此外，在本发明中，离去基团意指待通过热处理、光处理、或酸处理移除的取代基。

[0051] 根据本发明示例性实施方案的有机太阳能电池包括阳极、阴极、和布置在所述阳极与所述阴极之间的具有一个或更多个层的有机材料层，

[0052] 其中所述具有一个或更多个层的有机材料层中的至少之一通过使用具有能形成氢键的基团和离去基团的化合物形成，并且离去基团通过热处理、光处理、或酸处理移除。

[0053] 在根据本发明示例性实施方案的有机材料层中，当移除离去基团时，氢原子代替离去基团被取代，并且取代的氢原子可与分子中和/或分子外的能够形成氢键的基团形成氢键。

[0054] 通常，用于制备太阳能电池的有机材料层的材料仅通过因范德瓦尔斯能所致的相互作用而形成堆积，因此是不利的，因为分子间引力不够强，所以分子间结合力弱且分子间距离不够近，因此分子间载体的移动不够高。此外，由于分子间堆积不充分，容易从外部将空气或水分引入有机材料层，从而显示出装置稳定性劣化的倾向。

[0055] 为了解决该缺点，本发明在有机太阳能电池的制备中通过使用这样的化合物形成有机材料层：所述化合物可在有机材料层中的材料之间形成比具有弱结合力的范德瓦尔斯键更强的氢键。

[0056] 通常，氢键通过结合到具有大电负性的原子(例如O、N、S、和F)的氢与另一相邻分子的原子(例如O、N、S、和F)的孤对电子的相互作用产生。由于O、N、S、F等的电负性显著大于氢原子的电负性，所以在氢原子中部分地产生正电荷，并且在例如O、N、S、和F的原子中产生部分负电荷。由于带部分正电荷的氢原子显示出与带负电荷的相邻原子(例如氧、氮、硫、和氟)的强相互作用，因而两个分子之间的距离非常紧密地堆积，并且容易均匀地排列。就分子间堆积而言，可通过缩小分子间距离来促进光活性层中载体的移动。此外，通过氢键形成的光活性层可提高有机太阳能电池对空气或水分的稳定性。

[0057] 在根据本发明的有机太阳能电池中，有机材料层可通过本领域已知的方法使用具有能形成氢键的基团的化合物形成。

[0058] 在本发明的一个示例性实施方案中，在有机材料层中，所述化合物在经历热处理、光处理、或酸处理之前包含能形成氢键的基团，并且通过使用向其引入离去基团的化合物形成。

[0059] 通常，在有机太阳能电池的制备过程中形成光活性层的方法可分成真空沉积法和溶液施涂法。具体地，由于真空沉积法需要高温和高真空度，所以难以获得大的面积，设备相对昂贵，并且过程相对复杂。相反的，以旋涂法、喷墨印刷法、浸涂法、辊涂法、丝网印刷法等为代表的溶液施涂法可形成具有大面积的薄膜，并使得常温和常压下的过程是可行的，因此在可降低制造成本方面有利。

[0060] 然而，具有强分子间相互作用的化合物使有机溶剂难以渗入分子，因此具有材料的溶解度低的倾向。

[0061] 因此，为了在有机太阳能电池的制备中利用有机材料层的材料之间的氢键的优势，本发明提供了通过以下步骤形成有机材料层的方法：用包含能形成氢键的基团的化合物来形成有机材料层以提高分子间堆积和结晶度，并使用真空沉积法；或通过将大的取代产物引入能形成氢键的基团以提高用于有机材料层的材料的溶解度，以使得有机溶剂容易渗入分子，通过溶液法形成有机材料层。

[0062] 具体地，根据本发明所述有机太阳能电池的有机材料层可通过具有能形成氢键的基团的化合物形成。

[0063] 即，分子间相互作用通过向化合物的官能团中引入取代基以移除氢键而减弱，所述取代基可通过热、光或酸移除，所述化合物与N、O、S、和F原子等结合并包含能形成氢键的基团。特别地，当取代基为可提高对溶剂的溶解度的取代基(例如，大取代基)时，化合物的溶解度提高，并且化合物可容易地制备成溶液，使得可通过溶液施涂法使用所制备的溶液形成薄膜。随后，通过使形成的薄膜经历热、光或酸处理以移除取代基而产生能够再次形成氢键的具有强结合力的有机半导体材料。因此，虽然根据本发明的用于制备有机太阳能电池的上述方法通过溶液法形成薄膜，但所形成的膜通过氢键而具有高的分子间堆积和结晶度，且同时具有优异的对水分或空气的稳定性。

[0064] 在本发明中，作为具有能够形成氢键的基团的化合物，可使用通过上述作用原理能够形成氢键并且可充当半导体的化合物，而不限制其种类。

[0065] 本发明中，能形成氢键的基团选自：醇基；酚基；儿茶酚基；羰基；硫醇基；和胺基。

[0066] 在本发明的一个示例性实施方案中，化合物在经历热处理、光处理、或酸处理之前为包含能形成氢键的基团并向其中引入离去基团的化合物。

[0067] 在本发明中，向其中引入离去基团的化合物意指氢被离去基团取代，并且意指当用热、光、或酸处理化合物时离去基团从其中移除并被氢取代的化合物。

[0068] 在本发明的一个示例性实施方案中，作为能形成氢键的基团的醇基、酚基、儿茶酚基、羰基、硫醇基、胺基等可与离去基团形成醚键、酯键、硫醚键、硫酯键、和酰胺键以引入离去基团。

[0069] 在本发明中，向能够形成氢键的每个基团中引入的离去基团将说明如下，但不限于此。

[0070] 当能形成氢键的基团为醇基时，引入醇基的离去基团包括甲醚、甲氧基甲醚、甲氧基硫甲醚、2-甲氧基乙氧基甲醚、双(2-氯乙氧基)甲醚、四氢吡喃醚、4-甲氧基四氢吡喃醚、四氢硫代吡喃醚、4-甲氧基四氢吡喃醚、4-甲氧基四氢硫代吡喃醚、四氢呋喃醚、四氢硫代呋喃醚、1-乙氧基乙醚、1-甲基-1-甲氧基乙醚、2-(苯基硒基)乙醚、叔丁醚、烯丙醚、苯甲醚、邻硝基苯甲醚、三苯甲醚、萘二苯甲醚、对甲氧基苯基二苯甲醚、9-(9-苯基-10-氧基)蒽基醚、三甲基甲硅烷基醚、异丙基二甲基甲硅烷基醚、叔丁基二甲基甲硅烷基醚、叔丁基二苯基甲硅烷基醚、三苯甲基甲硅烷基醚、三异丙基甲硅烷基醚、甲酸酯、乙酸酯、三氯乙酸酯、苯氧基乙酸酯、异丁酸酯、新戊酸酯、金刚烷酸酯、苯甲酸酯、2,4,6-三甲基苯甲酸酯、碳酸甲酯、碳酸2,2,2-三氯乙酯、碳酸烯丙酯、碳酸对硝基苯酯、碳酸苯甲酯、s-苯甲基硫代碳酸酯、N-苯基碳酸酯、硝酸酯、2,4-二硝基苯基次磺酸酯等。

[0071] 优选地，当能形成氢键的基团为醇基时，引入醇基的离去基团包括三氯乙酸酯、碳酸甲酯、碳酸2,2,2-三氯乙酯、碳酸烯丙酯、碳酸对硝基苯酯、碳酸苯甲酯、s-苯甲基硫代碳酸酯、硝酸酯、和2,4-二硝基苯基次磺酸酯。

[0072] 更优选地，当能形成氢键的基团为醇基时，引入醇基的离去基团包括硝酸酯和2,4-二硝基苯基次磺酸酯。

[0073] 当能形成氢键的基团为酚基或儿茶酚基时，引入酚基或儿茶酚基的离去基团包括甲醚、甲氧基甲醚、2-甲氧基乙氧基甲醚、甲氧基硫甲醚、苯甲酰甲醚(penacyl ether)、烯丙醚、环己醚、叔丁醚、苯甲醚、邻硝基苯甲醚、9-蒽甲醚、4-皮考醚(4-picolyl ether)、叔丁基二甲基甲硅烷基醚、乙酸芳基酯、新戊酸芳基酯、苯甲酸芳基酯、9-芴甲酸芳基酯、碳酸芳基甲酯、碳酸芳基2,2,2-三氯乙酯、碳酸芳基乙烯酯、碳酸芳基苯甲酯、甲磺酸芳基酯、亚甲基二氧基衍生物、丙酮化物衍生物、二苯基亚甲基二氧基衍生物、环状硼酸酯、环状碳酸酯等。

[0074] 当能形成氢键的基团为羰基时，引入羰基的离去基团包括二甲基缩醛和缩酮、双(2,2,2-三氯乙基)缩醛和缩酮、1,3-二氧六环、5-亚甲基-1,3-二氧六环、5,5-二溴-1,3-二氧六环、1,3-二氧五环、4-溴甲基-1,3-二氧五环、4-邻硝基苯基-1,3-二氧五环、S,S′-二甲基缩醛和缩酮、1,3-二噻烷、1,3-二硫杂环戊烷、1,3-氧硫杂环戊烷、邻三甲基甲硅烷基氰醇、N,N-二甲腙、2,4-二硝基苯腙、邻苯基硫甲基肟、取代的亚甲基衍生物、双亚甲基二氧基衍生物、甲基酯、甲氧基甲基酯、甲硫基甲酯、四氢吡喃酯(tetrahydropiranyl ester)、苯甲氧基甲酯、苯甲酰甲酯(penacyl ester)、N-酞酰亚胺基甲酯、2,2,2-三氯乙酯、2-卤代乙酯、2-(对甲苯磺酰基)乙酯、叔丁酯、肉桂酯、苯甲酯、三苯甲酯、双(邻硝基苯基)甲酯、9-蒽基甲酯、2-(9,10-二氧基)蒽基甲酯、胡椒基酯、三甲基甲硅烷基酯、叔丁基二甲基甲硅烷基酯、s-叔丁酯、2-烷基-1,3-口恶唑啉、N,N-二甲基酰胺、N-7-硝基吲哚基酰胺、酰肼、N-苯基酰肼、N,N′-二异丙基酰肼等。

[0075] 当能形成氢键的基团为硫醇基时，引入硫醇基的离去基团包括s-苯甲基硫醚、s-对甲氧基苯甲基硫醚、s-对硝基苯甲基硫醚、s-4-皮考基硫醚、s-2-皮考基N-氧化物硫醚、s-9-蒽基甲基硫醚、s-二苯甲基硫醚、s-二(对甲氧基苯基)甲基硫醚、s-三苯基甲基硫醚、s-2,4-二硝基苯基硫醚、s-叔丁基硫醚、s-异丁氧基甲基单硫缩醛、s-2-四氢吡喃基单硫缩醛、s-乙酰胺基甲基胺基硫缩醛、s-氰甲基硫醚、s-2-硝基-1-苯乙基硫醚、s-2,2-双(乙氧羰基)乙基硫醚、s-苯甲酰基衍生物、s-(N-乙基氨基甲酸酯)、s-乙基二硫化物等。

[0076] 当能形成氢键的基团为胺基时，引入胺基的离去基团包括氨基甲酸甲酯、氨基甲酸9-芴甲酯、氨基甲酸2,2,2-三氯乙酯、氨基甲酸2-三甲基甲硅烷基酯、氨基甲酸1,1-二甲基丙炔酯、氨基甲酸1-甲基-1-苯乙酯、氨基甲酸1-甲基-1-(4-联苯基)乙酯、氨基甲酸1,1-二甲基-2-卤代乙酯、氨基甲酸1,1-二甲基-2-氰基乙酯、氨基甲酸叔丁酯、氨基甲酸环丁酯、氨基甲酸1-甲基环丁酯、氨基甲酸1-金刚烷酯、氨基甲酸乙烯酯、氨基甲酸烯丙酯、氨基甲酸肉桂酯、氨基甲酸8-喹啉酯、氨基甲酸N-羟基哌啶酯、4,5-二苯基-3-口恶唑啉-2-酮、氨基甲酸苯甲酯、氨基甲酸对硝基苯甲酯、氨基甲酸3,4-二甲氧基-6-硝基苯甲酯、氨基甲酸2,4-二氯苯甲酯、氨基甲酸5-苯并异口恶唑基甲酯、氨基甲酸9-蒽基甲酯、氨基甲酸二苯甲酯、氨基甲酸异烟碱酯、氨基甲酸s-苯甲酯、N-(N′-苯基氨基硫羰基)衍生物、N-甲酰基、N-乙酰基、N-氯乙酰基、N-三氯乙酰基、N-三氟乙酰基、N-邻硝基苯基乙酰基、N-邻硝基苯氧基乙酰基、N-乙酰乙酰基、N-3-苯丙酰基、N-3-(对羟基苯基)丙酰基、N-2-甲基-2-(邻硝基苯氧基)丙酰基、N-2-甲基-2-(邻苯基偶氮苯氧基)丙酰基、N-4-氯丁酰基、N-邻硝基肉桂酰基、N-皮考酰基、N-(N′-乙酰基甲硫胺酰基)、N-苯甲酰基、N-酞酰基、N-二噻丁二酰基、N-烯丙基、N-苯甲酰甲基、N-3-乙酰氧基丙基、季铵盐、N-甲氧基甲基、N-苯甲氧基甲基、N-新戊酰氧基甲基、N-四氢吡喃基、N-2,4-二硝基苯基、N-苯甲基、N-邻硝基苯甲基、N-二(对甲氧基苯基)甲基、N-三苯甲基、N-(对甲氧基苯基)二苯基甲基、N-二苯基-4-吡啶基甲基、N-2-皮考基N′-氧化物、N,N′-亚异丙基、N-亚苯甲基、N-对硝基亚苯甲基、N-亚水杨基、N-(5,5-二甲基-3-氧基-1-环己烯基、N-硝基、N-氧化物、N-二苯基膦基、N-二甲基硫代膦基、N-苯次磺酰基、N-邻硝基苯次磺酰基、N-2,4,6-三甲基苯磺酰基、N-甲苯磺酰基、N-苯甲基磺酰基、N-三氟甲基磺酰基、N-苯甲酰甲基磺酰基等。

[0077] 优选地，当能形成氢键的基团为胺基时，引入胺基的离去基团包括氨基甲酸1,1-二甲基-2-卤代乙酯、氨基甲酸1,1-二甲基-2-氰基乙酯、氨基甲酸叔丁酯、和N-(N′-乙酰基甲硫胺酰基)。

[0078] 更优选地，当能形成氢键的基团为胺基时，引入胺基的离去基团包括氨基甲酸1,1-二甲基-2-卤代乙酯和氨基甲酸叔丁酯。

[0079] 最优选地，当能形成氢键的基团为胺基时，引入胺基的离去基团为氨基甲酸叔丁酯。

[0080] 在本发明的一个示例性实施方案中，离去基团为取代或未取代的酯基。

[0081] 在本发明的一个示例性实施方案中，离去基团为叔丁酯基(或叔丁氧基羰基)。

[0082] 下文中将说明以下实例以对可用于本发明的化合物进行详细描述，但其仅为更好地理解而提供，并且不限于这些实例。

[0083] 在具有能形成氢键的基团的化合物中，能形成氢键的基团可为由下式1表示的官能团。特别地，在本发明的一个示例性实施方案中，化合物在经历热处理、光处理、或酸处理之前由下式1表示。

[0084] 下式1表示的化合物可包含酮基和NH基作为能形成氢键的基团。由下式1表示的化合物彼此形成氢键，并因此可产生强相互作用。因此，这些具有强结合力的化合物或包含这些化合物的用于有机材料层的材料可通过真空沉积形成有机材料层。

[0085] [式1]

[0086]

[0087] 在式1中，

[0088] R1和R2彼此相同或不同，且各自独立地选自：取代或未取代的酯基、取代或未取代的羰基、取代或未取代的C1到C20烷基、取代或未取代的C2到C20烯基、取代或未取代的C3到C20环烷基、取代或未取代的C5到C30环烯基、取代或未取代的C1到C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的C1到C30烷硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的C1到C30烷胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、以及取代或未取代的C3到C60杂芳基，以及

[0089] Ar1和Ar2彼此相同或不同，且各自独立地选自：取代或未取代的C1到C20烷基、取代或未取代的C2到C20烯基、取代或未取代的C3到C20环烷基、取代或未取代的C5到C30环烯基、取代或未取代的C1到C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的C1到C30烷硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的C1到C30烷胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、以及取代或未取代的C3到C60杂芳基。

[0090] 特别地，在本发明的一个示例性实施方案中，Ar1和Ar2为取代或未取代的杂芳基。

[0091] 在另一个示例性实施方案中，Ar1和Ar2为取代或未取代的包含S、Se、O、或N的杂芳基。

[0092] 在本发明的一个示例性实施方案中，式1由下式1A表示。

[0093] [式1A]

[0094]

[0095] 在式1A中，

[0096] R1和R2与式1中所定义的那些相同，

[0097] R3到R8彼此相同或不同，且各自独立地选自：氢、取代或未取代的C1到C20烷基、取代或未取代的C2到C20烯基、取代或未取代的C3到C20环烷基、取代或未取代的C5到C30环烯基、取代或未取代的C1到C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的C1到C30烷硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的C1到C30烷胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60杂芳基，[0098] X1和X2彼此相同或不同，且各自独立地为S、Se、O、或NR，以及

[0099] R选自：氢、取代或未取代的羰基、取代或未取代的C1到C20烷基、取代或未取代的C2到C20烯基、取代或未取代的C3到C20环烷基、取代或未取代的C5到C30环烯基、取代或未取代的C1到C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的C1到C30烷硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的C1到C30烷胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60杂芳基。

[0100] 对于式1的R1到R8、Ar1、和Ar2，可另外取代的取代基的实例包括但不限于氰基、卤素基团、烷基、烯基、烷氧基、甲硅烷基、芳基烯基、芳基、杂芳基、咔唑基、芳基胺基、芴基，其未被取代或被芳基、腈基等取代。

[0101] 在本发明的一个示例性实施方案中，化合物在经历热处理、光处理、或酸处理之前由下式3表示。

[0102] [式3]

[0103]

[0104] 在式3中，

[0105] R3到R8彼此相同或不同，且各自独立地选自：氢、取代或未取代的C1到C20烷基、取代或未取代的C2到C20烯基、取代或未取代的C3到C20环烷基、取代或未取代的C5到C30环烯基、取代或未取代的C1到C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的C1到C30烷硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的C1到C30烷胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60杂芳基，[0106] X1和X2彼此相同或不同，且各自独立地为S、Se、O、或NR，以及

[0107] R选自：氢、取代或未取代的羰基、取代或未取代的C1到C20烷基、取代或未取代的C2到C20烯基、取代或未取代的C3到C20环烷基、取代或未取代的C5到C30环烯基、取代或未取代的C1到C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的C1到C30烷硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的C1到C30烷胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60杂芳基。

[0108] 当在包含能形成氢键的基团的化合物中，形成氢键的氢原子被例如叔丁酯基(或叔丁氧基羰基)的大取代基取代时，如下式3的化合物无法形成氢键。

[0109] 因此，由于由式3表示的化合物因引入大取代基而无法形成氢键，所以分子间结合力变弱且溶解度大幅提高，使得化合物可制备成溶液，从而使得能够通过溶液法形成薄膜。

[0110] 在本发明的一个示例性实施方案中，化合物在经历热处理、光处理、或酸处理之前由下式1-1或1-2表示。

[0111] [式1-1]

[0112]

[0113] [式1-2]

[0114]

[0115] 在由式3表示的化合物中，氢原子被叔丁氧基羰基取代，分子键通过热处理、光处理、或酸处理而断裂，并且可由氢键取代。

[0116] 在有机化学反应中通过热处理、光处理、或酸处理重新形成氢键分子是在官能团的保护和去保护中常用的方法。在此情况下，代替能形成氢键的基团而取代的取代基不仅限于作为由式1-1、1-2、或3表示的化合物的取代基的叔丁氧基羰基。通常，作为能形成氢键的基团的醇基、酚基、儿茶酚基、羰基、硫醇基、胺基等可通过醚键、酯键、硫醚键、硫酯键、和酰胺键等进行保护。

[0117] 在本发明的一个示例性实施方案中，在经热处理、光处理、或酸处理的化合物中，式1中的R1和R2为氢。

[0118] 在本发明的一个示例性实施方案中，经热处理、光处理、或酸处理的化合物如下式2所示。

[0119] [式2]

[0120]

[0121] 在式2中，Ar1和Ar2与上述定义相同。

[0122] 在本发明的一个示例性实施方案中，经热处理、光处理、或酸处理的化合物由下式4表示。

[0123] [式4]

[0124]

[0125] 在式4中，

[0126] R3到R8彼此相同或不同，且各自独立地选自：氢、取代或未取代的C1到C20烷基、取代或未取代的C2到C20烯基、取代或未取代的C3到C20环烷基、取代或未取代的C5到C30环烯基、取代或未取代的C1到C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的C1到C30烷硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的C1到C30烷胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60杂芳基，[0127] X1和X2彼此相同或不同，且各自独立地为S、Se、O、或NR，以及

[0128] R选自：氢、取代或未取代的羰基、取代或未取代的C1到C20烷基、取代或未取代的C2到C20烯基、取代或未取代的C3到C20环烷基、取代或未取代的C5到C30环烯基、取代或未取代的C1到C30烷氧基、取代或未取代的C6到C60芳氧基、取代或未取代的C1到C30烷硫基、取代或未取代的C5到C60芳硫基、取代或未取代的C1到C30烷胺基、取代或未取代的C5到C60芳胺基、取代或未取代的C6到C60芳基、及取代或未取代的C3到C60杂芳基。

[0129] 特别地，通过热处理、酸处理或光处理从由式3表示的化合物中移除叔丁氧基羰基，并且可产生式4的化合物。

[0130] 因此，由于由式3表示的化合物因引入非常大的取代基而无法形成氢键，所以分子间结合力变弱且溶解度提高，使得可制备化合物，从而使得能够通过溶液法形成薄膜。

[0131] 此外，在形成薄膜之后，通过热处理、光处理、或酸处理形成由式2表示的化合物，形成具有强结合力的分子间氢键，并且分子之间的距离非常紧密地堆积且容易均匀地排列。

[0132] 特别地，根据本发明的一个示例性实施方案，由式1表示的化合物通过热处理、光处理或酸处理转换成由式2表示的化合物，并且由式2表示的化合物可如下所述形成氢键。

[0133]

[0134] 在本发明的一个示例性实施方案中，经热处理、光处理、或酸处理的化合物由下式2-1或2-2表示。

[0135] [式2-1]

[0136]

[0137] [式2-2]

[0138]

[0139] 在根据本发明的化合物中，将对取代基如下更详细地进行描述。

[0140] 如本文所使用，术语“取代”意指与化合物的碳原子结合的氢原子改变为另一取代基，并且取代位置无限制，只要所述位置为氢原子被取代的位置(即取代基可取代的位置)即可，并且当两个或更多个氢原子被取代时，两个或更多个取代基可彼此相同或不同。

[0141] 此外，在本发明中，术语“取代或未取代的”意指基团未被取代或被选自以下中的一个或更多个取代基取代：氘、卤素基团、烷基、烯基、烷氧基、甲硅烷基、芳基烯基、芳基、杂芳基、咔唑基、芳基胺基、芳基、以及腈基，或者未被取代或被所例示取代基中的两个或更多个取代基连接的取代基取代。例如，“两个或更多个取代基连接的取代基”可为联苯基。即，联苯基可为芳基，还可看作两个苯基连接的取代基。

[0142] 烷基可为直链的或支化的，并且其碳原子数无特别限制，但优选为1到20。烷基或亚烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、羟甲基、1-羟乙基、2-羟乙基、2-羟基异丁基、1,2-二羟基乙基、1,3-二羟基异丙基、2,3-二羟基-叔丁基、1,2,3-三羟基丙基、氯甲基、1-氯甲基、2-氯甲基、2-氯异丁基、1,2-二氯乙基、1,3-二氯异丙基、2,3-二氯-叔丁基、1,2,3-三氯丙基、溴甲基、1-溴乙基、2-溴乙基、2-溴异丁基、1,2-二溴乙基、1,3-二溴异丙基、2,3-二溴-叔丁基、1,2,3-三溴丙基、碘甲基、1-碘乙基、2-碘乙基、2-碘异丁基、1,2-二碘乙基、1,3-二碘异丙基、2,3-二碘-叔丁基、1,2,3-三碘丙基、氨基甲基、1-氨基乙基、2-氨基乙基、2-氨基异丁基、1,2-二氨基乙基、1,3-二氨基异丙基、2,3-二氨基-叔丁基、1,2,3-三氨基丙基、氰甲基、
1-氰乙基、2-氰乙基、2-氰异丁基、1,2-二氰乙基、1,3-二氰异丙基、2,3-二氰叔丁基、1,2,
3-三氰丙基、硝基甲基、1-硝基乙基、2-硝基乙基、2-硝基异丁基、1,2-二硝基乙基、1,3-二硝基异丙基、2,3-二硝基叔丁基、1,2,3-三硝基丙基等。

[0143] 烯基可为直链的或支化的，且其碳原子数无特别限制，但优选为2到20。其实例包括但不限于乙烯基、烯丙基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1,3-丁二烯基、1-甲基乙烯基、苯乙烯基、2,2-二苯基乙烯基、1,2-二苯基乙烯基、1-甲基烯丙基、1,1-二甲基烯丙基、2-甲基烯丙基、1-苯基烯丙基、2-苯基烯丙基、3-苯基烯丙基、3,3-二苯基烯丙基、1,2-二甲基烯丙基、1-苯基-1-丁烯基、3-苯基-1-丁烯基等。

[0144] 环烷基优选为具有3到20个碳原子的基团，其不会造成位阻。其具体实例包括但不限于环戊基、环己基等。

[0145] 环烯基优选具有3到20个碳原子，更具体地，其实例包括但不限于在五元环或六元环等中具有亚乙烯基的环状化合物。

[0146] 烷氧基优选具有1到30个碳原子，更具体地，其实例包括但不限于甲氧基、乙氧基、异丙氧基等。

[0147] 芳氧基优选具有6到60个碳原子，更具体地，其实例包括但不限于苯氧基、环己氧基、萘氧基、二苯氧基等。

[0148] 烷胺基优选具有1到30个碳原子，更具体地，其实例包括但不限于甲胺基、二甲胺基、乙胺基、二乙胺基等。

[0149] 芳胺基优选具有5到60个碳原子，更具体地，其实例包括但不限于苯胺基、萘胺基、联苯胺基、蒽基胺基、3-甲基-苯胺基、4-甲基-萘胺基、2-甲基-联苯胺基、9-甲基-蒽基胺基、二苯胺基、苯基萘胺基、二甲苯基胺基、苯基甲苯基胺基、三苯胺基等。

[0150] 芳基可为单环的或多环的，且其碳原子数无特别限制，但优选为6到60。其实例包括但不限于苯基、二苯乙烯基、1-萘基、2-萘基、1-蒽基、2-蒽基、9-蒽基、1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基、9-菲基、1-并四苯基、2-并四苯基、9-并四苯基、1-芘基、2-芘基、4-芘基、2-联苯基、3-联苯基、4-联苯基、对三联苯基-4-基、对三联苯基-3-基、对三联苯基-2-基、间三联苯基-4-基、间三联苯基-3-基、间三联苯基-2-基、邻甲苯基、间甲苯基、对甲苯基、对叔丁基苯基、对(2-苯丙基)苯基、3-甲基-2-萘基、4-甲基-1-萘基、4-甲基-1-蒽基、4′-甲基联苯基、4″-叔丁基-对三联苯基-4-基等。

[0151] 杂芳基为包含O、N、S、Se、和P中的至少之一作为杂原子的环状基团，且其碳原子数无特别限制，但优选为3到60。其实例包括但不限于1-吡咯基、2-吡咯基、3-吡咯基、吡嗪基、2-吡啶基、3-吡啶基、4-吡啶基、1-吲哚基、2-吲哚基、3-吲哚基、4-吲哚基、5-吲哚基、6-吲哚基、7-吲哚基、1-异吲哚基、2-异吲哚基、3-异吲哚基、4-异吲哚基、5-异吲哚基、6-异吲哚基、7-异吲哚基、2-呋喃基、3-呋喃基、2-苯并呋喃基、3-苯并呋喃基、4-苯并呋喃基、5-苯并呋喃基、6-苯并呋喃基、7-苯并呋喃基、1-异苯并呋喃基、3-异苯并呋喃基、4-异苯并呋喃基、5-异苯并呋喃基、6-异苯并呋喃基、7-异苯并呋喃基、2-喹啉基、3-喹啉基、4-喹啉基、5-喹啉基、6-喹啉基、7-喹啉基、8-喹啉基、1-异喹啉基、3-异喹啉基、4-异喹啉基、5-异喹啉基、6-异喹啉基、7-异喹啉基、8-异喹啉基、2-喹喔啉基、5-喹喔啉基、6-喹喔啉基、1-咔唑基、2-咔唑基、3-咔唑基、4-咔唑基、9-咔唑基、1-菲啶基、2-菲啶基、3-菲啶基、4-菲啶基、6-菲啶基、7-菲啶基、8-菲啶基、9-菲啶基、10-菲啶基、1-吖啶基、2-吖啶基、3-吖啶基、4-吖啶基、9-吖啶基、1,7-菲咯啉-2-基、1,7-菲咯啉-3-基、1,7-菲咯啉-4-基、1,7-菲咯啉-5-基、
1,7-菲咯啉-6-基、1,7-菲咯啉-8-基、1,7-菲咯啉-9-基、1,7-菲咯啉-10-基、1,8-菲咯啉-
2-基、1,8-菲咯啉-3-基、1,8-菲咯啉-4-基、1,8-菲咯啉-5-基、1,8-菲咯啉-6-基、1,8-菲咯啉-7-基、1,8-菲咯啉-9-基、1,8-菲咯啉-10-基、1,9-菲咯啉-2-基、1,9-菲咯啉-3-基、1,9-菲咯啉-4-基、1,9-菲咯啉-5-基、1,9-菲咯啉-6-基、1,9-菲咯啉-7-基、1,9-菲咯啉-8-基、
1,9-菲咯啉-10-基、1,10-菲咯啉-2-基、1,10-菲咯啉-3-基、1,10-菲咯啉-4-基、1,10-菲咯啉-5-基、2,9-菲咯啉-1-基、2,9-菲咯啉-3-基、2,9-菲咯啉-4-基、2,9-菲咯啉-5-基、2,9-菲咯啉-6-基、2,9-菲咯啉-7-基、2,9-菲咯啉-8-基、2,9-菲咯啉-10-基、2,8-菲咯啉-1-基、
2,8-菲咯啉-3-基、2,8-菲咯啉-4-基、2,8-菲咯啉-5-基、2,8-菲咯啉-6-基、2,8-菲咯啉-7-基、2,8-菲咯啉-9-基、2,8-菲咯啉-10-基、2,7-菲咯啉-1-基、2,7-菲咯啉-3-基、2,7-菲咯啉-4-基、2,7-菲咯啉-5-基、2,7-菲咯啉-6-基、2,7-菲咯啉-8-基、2,7-菲咯啉-9-基、2,7-菲咯啉-10-基、1-吩嗪基、2-吩嗪基、1-吩噻嗪基、2-吩噻嗪基、3-吩噻嗪基、4-吩噻嗪基、
10-吩噻嗪基、1-吩口恶嗪基、2-吩口恶嗪基、3-吩口恶嗪基、4-吩口恶嗪基、10-吩口恶嗪基、2-口恶唑基、4-口恶唑基、5-口恶唑基、2-口恶二唑基、5-口恶二唑基、3-呋咱基、2-噻吩基、3-噻吩基、2-甲基吡咯-1-基、2-甲基吡咯-3-基、2-甲基吡咯-4-基、2-甲基吡咯-5-基、
3-甲基吡咯-1-基、3-甲基吡咯-2-基、3-甲基吡咯-4-基、3-甲基吡咯-5-基、2-叔丁基吡咯-
4-基、3-(2-苯丙基)吡咯-1-基、2-甲基-1-吲哚基、4-甲基-1-吲哚基、2-甲基-3-吲哚基、4-甲基-3-吲哚基、2-叔丁基-1-吲哚基、4-叔丁基-1-吲哚基、2-叔丁基-3-吲哚基、4-叔丁基-
3-吲哚基等。

[0152] 此外，杂芳基优选为但不限于具有以下结构式的化合物。

[0153]

[0154] 卤素基团的实例包括但不限于氟、氯、溴、碘等。

[0155] 在本发明的一个示例性实施方案中，包含上述经热处理、光处理或酸处理的化合物的有机材料层为阳极缓冲层。具体地，所述阳极缓冲层可充当空穴传输层。

[0156] 在本发明的一个示例性实施方案中，包含经热处理、光处理、或酸处理的化合物的有机材料层可设置于光活性层与阳极之间。

[0157] 在本发明的一个示例性实施方案中，包含经热处理、光处理、或酸处理的化合物的有机材料层为光活性层。

[0158] 在一个示例性实施方案中，光活性层包含电子供体材料和电子受体材料，且电子供体材料包含经热处理、光处理、或酸处理的化合物。

[0159] 在另一个示例性实施方案中，光活性层包含具有三个或更多个层的有机材料层，所述有机材料层包括：p型有机材料层；n-p型有机材料层；和n型有机材料层，以及[0160] p型有机材料层和n-p型有机材料层中的一个或更多个层包含经热处理、光处理、或酸处理的化合物。

[0161] 有机光活性层的厚度可为但不限于10到

[0162] 在本发明中，电荷提取和电荷传输可通过形成作为包括以下的三层结构的光活性层而提高：p型有机材料层、n-p型有机材料层和n型有机材料层，以产生新空穴传输层和新电子传输层，因此可提高总电荷迁移率。此外，能级可自由调整，因此，可容易地传输空穴和电子，并且可形成理想的p-n结构。

[0163] 在具有三层结构的光活性层中，n型有机材料层的厚度可为20nm到400nm，n-p型有机材料层的厚度可为20nm到400nm，以及p型有机材料层的厚度可为大于0且为300nm或更小，但其厚度不限于此。

[0164] 在本发明中，光活性层可具有按顺序包括以下的结构：p型有机材料层；n-p型有机材料层；和n型有机材料层。在这种情况下，电子供体材料可为如上所述具有能形成氢键的基团的化合物，更具体地，可包含由式1表示的化合物。

[0165] 在本发明中，电子受体材料可为富勒烯、富勒烯衍生物、vasocuproin、半导体单质、半导体化合物、或其组合，具体地，可为苯基C61-丁酸甲酯(PC61BM)，或苯基C71-丁酸甲酯(PC71BM)，但不限于此。

[0166] 在本发明的n-p型有机材料层中，电子供体材料与电子受体材料可以1:10到10:1的比例(w/w)混合，并且可在材料混合后在30℃到400℃下进行热处理1秒到48小时，或用酸(如乙酸、HCl和H2SO4)进行表面处理，以使特性最大化，但处理不限于此。

[0167] 根据本发明示例性实施方案的有机太阳能电池包括阳极、光活性层、和阴极。有机太阳能电池还可包括基底、空穴传输层、和/或电子传输层。

[0168] 在本发明的一个示例性实施方案中，有机太阳能电池具有正常结构。正常结构可意指阳极形成于基底上。

[0169] 在本发明的一个示例性实施方案中，有机太阳能电池具有倒置结构。当根据本发明示例性实施方案的有机太阳能电池具有倒置结构时，倒置结构可意指阴极形成于基底上，并且阳极可为银(Ag)或MoO3/Al。

[0170] 根据本发明的有机太阳能电池可由本领域已知的材料和方法制备，不同之处在于有机材料层以及光活性层包含上述本发明的化合物，即，具有能形成氢键的基团的化合物，例如由式2表示的化合物。

[0171] 更具体地，根据本发明示例性实施方案的制备有机太阳能电池的方法包括：制备基底；在所述基底上形成阳极或阴极；在所述阳极或阴极上形成具有一个或更多个层的有机材料层；以及在所述具有一个或更多个层的有机材料层上形成阴极或阳极，

[0172] 其中形成所述具有一个或更多个层的有机材料层包括：通过使用包含待通过热处理、光处理、或酸处理移除的离去基团的化合物形成薄膜；以及使所形成的薄膜经历热处理、光处理、或酸处理，并且经热处理、光处理、或酸处理的薄膜包含含有能形成氢键的基团的化合物。

[0173] 在本发明中，在通过热处理、光处理或酸处理引起包含离去基团的化合物再次形成氢键的过程中，热处理温度或时间无特别限制，且可根据取代基的种类选择。

[0174] 在本发明的一个示例性实施方案中，热处理可在20℃到400℃的温度下进行1秒到48小时。在另一个示例性实施方案中，温度优选为20℃到350℃，并且优选的是该处理在1分钟到2小时的时间内进行。特别地，优选的是该处理在150℃到300℃，更优选在180℃到280℃的温度下进行，并且该处理在1小时内进行。

[0175] 在进行光处理的过程中，暴露时间无特别限制，但通常优选少于30分钟。

[0176] 酸处理可通过用酸(如乙酸、HCl、和H2SO4)处理表面的方法进行，但不限于此。

[0177] 基底可为但不限于具有优异透明度、表面平滑度、处理容易性和防水性的玻璃基底或透明塑料基底，并且不受限制，只要该基底为通常用于有机太阳能电池的基底即可。其具体实例包括但不限于玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、三乙酰基纤维素(TAC)等。

[0178] 阳极可包括但不限于透明且导电性优异的材料。具体地，其材料可为但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnO2)和氧化锌(ZnO)。

[0179] 阴极可包括但不限于具有小的功函数的金属。具体地，其材料可为但不限于金属，如锂、镁和铝或其合金；以及具有多层结构的材料，如Al:Li、Al:BaF2、和Al:BaF2:Ba。

[0180] 空穴传输层和/或电子传输层材料可为但不限于有效地将电子和空穴传输到光活性层以提高所产生的电荷移动到电极的可能性的材料。空穴传输层材料可为但不限于聚(苯乙烯磺酸)掺杂的PEDOT:PSS(聚(3,4-亚乙基二氧噻吩))、氧化钼(MoOx)；氧化钒(V2O5)；氧化镍(NiO)；和氧化钨(WOx)等。

[0181] 电子传输层材料可为提取电子的金属氧化物，并且具体地，可为但不限于8-羟基喹啉的金属络合物；包含Alq3的络合物；包含Liq的金属络合物；LiF；Ca；氧化钛(TiOx)；氧化锌(ZnO)；碳酸铯(Cs2CO3)等。

[0182] 在有机太阳能电池中，阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层、和阴极可以此顺序布置，或阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层、和阳极可以此顺序布置，但顺序不限于此。

[0183] 在本发明的另一个示例性实施方案中，有机太阳能电池具有串联结构。在此情况下，有机太阳能电池可包括光活性层的一个层或者两个或更多个层。

[0184] 实施方式

[0185] 下文中将提供优选实施例以更好地理解本发明。然而，以下实施例仅为了举例说明的目的提供，并且本发明的范围不受此限制。

[0186] <实施例>

[0187] <制备例1>式1-1的制备

[0188]

[0189] (1)合成化合物1

[0190] 在2颈圆底烧瓶中将TPP(4.0g，13.3mmol)溶解于无水THF，然后向其中加入二甲氨基吡啶作为催化剂，并将所得混合物搅拌约1小时。然后，将二碳酸二(叔丁基)酯(7.26g，33.2mmol)充分溶解于无水THF中，在氮气条件下通过使用注射器将溶液加入到烧瓶中，并在室温下将所得混合物搅拌12小时。反应通过TLC确认，并且在反应终止之后，将THF置于减压下。通过使用己烷+Et3N作为洗脱剂获得二氧化硅填料，并且装载反应混合物，然后以Hx:
EA＝4:1流过以移除杂质，并且使氯仿流过。在柱色谱之后，降低压力以移除溶剂，残留物用己烷清洗并在真空烘箱中充分干燥，从而获得4.0g深棕色固态化合物t-Boc TPP(产率：
60％)。

[0191] 化合物1的NMR结果如下图2所示，其MS数据如下图3所示。

[0192]

[0193] (2)合成化合物2

[0194] 在2颈圆底烧瓶中将t-Boc TPP(2.36g，4.71mmol)加入到CF中，并在室温下搅拌混合物。通过使用铝箔进行光保护，然后将NBS(2.09g，2.5当量)加入其中并搅拌混合物40小时或更久。通过TLC确认反应是否进行，如果反应进行，立刻蒸发粗混合物并通过使用CF/EtOH进行重结晶，从而获得1.6g(产率：50％)深棕色针状的化合物2。

[0195] 化合物2的NMR结果如下图4所示，其MS数据如下图5所示。

[0196]

[0197] (3)合成化合物4

[0198] 将化合物3(5g，8.9844mmol)、2-溴噻吩(2.19g，13.4766mmol)、Pd(PPh3)4(0.46，3摩尔％)、和2M K2CO3(10ml)放入2颈圆底烧瓶，向其中加入THF，并在升高温度的同时搅拌所得混合物。反应进行之后，用MC和水萃取的有机层经MgSO4干燥，然后通过使用二氧化硅柱获得粉末(洗脱剂：Hx/MC＝10/3)(产率：78％)。

[0199] 将充分干燥的粉末(3.0g，5.8516mmol)加入到CF中，并在室温下搅拌所得混合物。通过使用铝箔进行光保护，然后将NBS(1.14g，1.05当量)加入其中并搅拌混合物18小时。在用TLC确认后，通过使用二氧化硅柱获得粉末(洗脱剂：Hx/MC＝10/3)(产率：87％)。

[0200] 将充分干燥的粉末(3.14g，5.3000mmol)溶解于250ml四氢呋喃中，将温度降到-70℃，向其中加入n-BuLi(在己烷中2.5M，3.2ml)，并且将所得的混合物搅拌1小时。向其中加入2-异丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼戊环(1.48g)。在反应之后，通过使用二氧化硅柱获得粉末(洗脱剂：Hx/MC＝10/5)(产率：67％)。

[0201] 化合物3的NMR结果如下图6和图7所示。

[0202]

[0203] (4)式1-1的合成

[0204] 在250ml的2颈圆底烧瓶中将化合物2(0.5g，0.7594mmol)和化合物3(1.12g，1.7467mmol)加入200ml甲苯中，并搅拌所得的混合物。将温度提高到50℃，然后向其中加入Pd(0)(0.26mg，3摩尔％)。搅拌混合物几分钟，向其中加入2M K2CO3水溶液，并在将温度提高到90℃的同时搅拌所得混合物。反应后，将温度降到室温，在80℃下降低压力以蒸发溶剂，残留物用水清洗几次，然后通过用MC/EtOH结晶获得目标化合物(产率：83％)。

[0205] <制备例2>式1-2的制备

[0206]

[0207] 在2颈圆底烧瓶中将化合物2(0.62g，0.94mmol)、2-三丁基锡烷基苯并[b]噻吩(1.0g，2.39mmol)、和Pd(PPh3)4(基于Br化合物为3摩尔％)加入到100ml甲苯中，并在100℃下搅拌所得混合物3小时。过滤沉淀物并通过短柱和重结晶获得目标化合物(产率：48％)。

[0208] 式1-2的MS数据如下图8所示。

[0209] <实验例>

[0210] 式1-1的UV光谱示于下图9。

[0211] 式1-1的特性如下。

[0212] -带隙：1.79eV

[0213] -电化学特性：HOMO(-5.33eV)，LUMO(-3.55eV)

[0214] -a、b、c、和d的扭转角：a(20.886度)，b(10.65度)，c(14.5度)，和d(86.5度)[0215]

[0216] -平面度：1.6188

[0217] 由化合物的电化学特性和带隙，可确认化合物可应用于有机太阳能电池。

[0218] 图1为示出根据本发明示例性实施方案的式1-1在热处理过程之后的UV光谱结果的图。

[0219] 根据图1的结果，在预定温度或更高温度下的热处理可引发材料的蓝移。此现象是由通过移除侧链而抑制p-p堆积的事实造成的，但当发生强分子相互作用(氢键)时，带隙因分子间扭转现象而增加。然而，在热处理过程之后，具有良好结晶度的聚合物结构可形成并用作新空穴传输层和新电子供体层以提高电荷迁移率和稳定性，从而增强有机太阳能电池的效率。

[0220] 图10为示出式1-1的热重分析的图。

[0221] 由图10的结果，可确认式1-1的叔丁氧基羰基已在260℃到300℃的热处理温度下被移除。然而，当热处理温度超过420℃时，母核结构可能分解。

[0222] 图11为示出式1-1的IR光谱的图。

[0223] 由图11的结果，可确认在热处理之后，当从式1-1移除离去基团时氢被取代，并且式1-1的化合物的氢与能形成氢键的基团所形成的氢键的强度变强。

[0224] 对比例1

[0225] 将式1-1和PCBM以1:2的比例溶解于氯苯(CB)中以制备复合材料溶液。在这种情况下，将浓度调整到2.0重量％，并将有机太阳能电池制成具有ITO/PEDOT:PSS/光活性层/Al的结构。通过使用蒸馏水、丙酮、和2-丙醇超声清洗涂覆有ITO的玻璃基底，ITO表面用臭氧处理10分钟，通过使用PEDOT:PSS(baytrom P)以45nm的厚度进行旋涂，并在120℃下进行热处理10分钟。为了涂覆光活性层，以0.45μm的PP注射器过滤器过滤化合物-PCBM复合材料溶液，然后通过旋涂溶液以沉积厚度为200nm的Al来制备有机太阳能电池。

[0226] 实验例1

[0227] 旋涂化合物，然后通过相同方法制备有机太阳能电池，不同之处在于通过在3×10-8托的真空下使用热蒸发器进行热处理。

[0228] [表1]

[0229]  VOC(V) JSC(mA/cm2) FF(％) PCE(％)
对比例1 0.654 6.606 0.582 2.52
实验例1 0.680 8.821 0.584 3.5

[0230] 表1中，VOC意指开路电压，JSC意指短路电流，FF意指填充因子，以及PCE意指能量转换效率。开路电压和短路电流分别为电压-电流密度曲线的四个象限中X轴和Y轴的截距，且当两个值变高时，有机太阳能电池的效率有利地提高。此外，填充因子为通过用可在曲线内绘制的矩形面积除以开路电压与短路电流的积所获得的值。当三个值除以照射光的强度时，可获得能量转换效率，且优选较高值。

[0231] 图12为示出根据对比例1的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。

[0232] 图13为示出根据实验例1的有机太阳能电池的电流密度根据电压变化的图。

[0233] 由实验例1和对比例1的结果，可确认当通过热处理、光处理、或酸处理移除离去基团时氢被取代，并且氢与能形成氢键的基团相互结合以形成氢键，且因通过氢键的高电荷迁移率可提供高效的有机太阳能电池。