一種新型的醇溶性富勒烯衍生物的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型的醇溶性富勒烯衍生物的制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明為含季銨鹽的醇溶性富勒烯衍生物,結(jié)構(gòu)如式I所示。富勒烯成為聚合物太陽能電池中最重要的一類電子受體材料。但是未經(jīng)過化學(xué)修飾的富勒烯如C60溶解性差,容易結(jié)晶,在本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池中會(huì)因相分離而影響器件的性能,因此需要對其進(jìn)行化學(xué)修飾來增加溶解性。含季銨鹽的醇溶性富勒烯衍生物在甲醇中具有良好的溶解性,可以應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池中作為電子傳輸層或空穴阻擋層,因此可以提高器件的效率。在光伏材料的應(yīng)用中,含季銨鹽的醇溶性富勒烯衍生物目前報(bào)道的還比較少見。
【專利說明】一種新型的醇溶性富勒烯衍生物的制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)太陽電池材料領(lǐng)域,特別涉及一種新型的醇溶性富勒烯衍生物的制備。在全球正面臨能源危機(jī)的情況下,光電轉(zhuǎn)換技術(shù)被認(rèn)為是最重要的可再生能源之一。其中,聚合物太陽電池具有廉價(jià)、質(zhì)輕、可大面積制備的優(yōu)點(diǎn)收到了廣泛的關(guān)注。獲得高光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素之一是開發(fā)性能優(yōu)異的電子給體材料。目前,最高的轉(zhuǎn)換效率已達(dá)10%。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來能源危機(jī)和環(huán)境污染的逐漸加劇,對可再生能源的需求也日趨迫切。作為一種清潔的可再生能源,太陽能資源的開發(fā)和應(yīng)用在過去的幾十年中得到了很大的發(fā)展。太陽能電池可以將太陽能直接轉(zhuǎn)化電能,受到了前所未有的重視。聚合物太陽能電池具有制備工藝簡單、重量輕、成本低廉、柔性、可大面積制備、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而成為近年來太陽能電池研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。經(jīng)過十幾年的研究,具有(p-n)本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的有機(jī)/聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)得到了迅速的提高,從1995年的不到1%,到2005年的4-5%,再到2009年的6%和最近報(bào)道的7.4%。目前,最高的轉(zhuǎn)換效率已達(dá)10%。
[0003]聚合物太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)包括:作為器件正極的ITO透明電極,作為器件負(fù)極的Al或其他金屬,和夾在這兩層電極之間的一層厚度約IOOnm的光敏活性層。為改善ITO電極的界面性質(zhì)以及功函,通常在其上面用旋涂的方式覆蓋一層幾十納米厚的PEDOT =PSS作為修飾層;為改善金屬負(fù)極的性質(zhì),在蒸鍍Al電極之前通常預(yù)先蒸鍍一層幾個(gè)納米厚的LiF或其他低功函數(shù)的活潑金屬作為修飾層。光敏活性層由共軛聚合物給體和可溶C60衍生物受體的共混膜所組成?;钚詫游展庾雍螽a(chǎn)生激子和激子電荷分離,分離后的電子在內(nèi)建電場的作用下沿受體傳向負(fù)極并被負(fù)極所收集、空穴沿共軛聚合物傳向正極并被ITO正極所收集,形成光電流和光電壓。
[0004]為進(jìn)一步提高有機(jī)/聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率,對光敏活性層中給體材料與受體材料改進(jìn)是有機(jī)/聚合物太陽能電池研究的重點(diǎn)。近年來,一些具有寬吸收、窄帶隙、高遷移率的給體材料已被合成,他們表現(xiàn)出比廣泛使用的給體材料3-已基聚噻吩(P3HT)更高的光電轉(zhuǎn)化效率。對于受體材料來說,富勒烯及其衍生物已經(jīng)成為聚合物太陽能電池中最廣泛使用的最重要的一類電子受體材料。尤其是可溶性衍生物PCBM,全稱為[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester。這種材料具有良好的溶解性,是目前太陽能電池研究領(lǐng)域一種廣泛應(yīng)用的經(jīng)典電子受體材料。
[0005]除此之外,為改善金屬負(fù)極的性質(zhì),在蒸鍍Al電極之前通常預(yù)先蒸鍍一層幾個(gè)納米厚的LiF或其他低功函數(shù)的活潑金屬作為修飾層。由于幾個(gè)納米厚的LiF的厚度不容易控制,研究著們合成一系列聚合物電解質(zhì),將之在蒸鍍Al電極之前,用溶液旋涂的方法涂上一層聚合物電解質(zhì),由于聚合物電解質(zhì)在界面處形成正負(fù)離子的內(nèi)置電場,可以降低金屬電極與活性層之間的接觸電阻,增加載流子的遷移率,同時(shí)還可以作為空穴的阻擋層,因此在很大的程度上提高聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,與聚合物電解質(zhì)相比,離子型、醇溶性富勒烯應(yīng)該比聚合物電解質(zhì)展現(xiàn)更為優(yōu)越的電子傳輸性,更加適合在有機(jī)聚合物太陽能電池中應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明旨在一種新型的醇溶性富勒烯衍生物的制備
【權(quán)利要求】
1.一種新型的醇溶性富勒烯衍生物的制備,結(jié)構(gòu)為:
2.權(quán)利要求1所述材料的方法,主要步驟是: 氮?dú)鈿夥障拢瑢6Q,9,9-雙(6-溴已基)-9H-芴-2-甲醛以及2-(甲基氨基)乙酸溶解在甲苯中,摩爾比為1: 5: 2,加熱回流反應(yīng)2h。反應(yīng)完成后,所得混合物利用硅膠柱分離(淋洗液為甲苯/石油醚),然后再經(jīng)過HPLC純化得到TMl。所得TMl溶解在四氫呋喃中,加入三甲胺水溶液,室溫反應(yīng)24h。反應(yīng)完成后,加入適量水將洗出的固體溶解,旋干溶劑,所得固體溶解在甲醇中,在乙`醚中沉降得到固體即為式I結(jié)構(gòu)的醇溶性富勒烯衍生物。
【文檔編號】H01L51/46GK103664740SQ201210324779
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月5日
【發(fā)明者】李翠紅, 梅強(qiáng), 薄志山 申請人:北京師范大學(xué)