一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备方法与应用。本发明为含季铵盐的醇溶性富勒烯衍生物，结构如式I所示。富勒烯成为聚合物太阳能电池中最重要的一类电子受体材料。但是未经过化学修饰的富勒烯如C60溶解性差，容易结晶，在本体异质结太阳能电池中会因相分离而影响器件的性能，因此需要对其进行化学修饰来增加溶解性。含季铵盐的醇溶性富勒烯衍生物在甲醇中具有良好的溶解性，可以应用于有机太阳能电池中作为电子传输层或空穴阻挡层，因此可以提高器件的效率。在光伏材料的应用中，含季铵盐的醇溶性富勒烯衍生物目前报道的还比较少见。
【专利说明】一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备
【技术领域】
[0001]本发明属于有机太阳电池材料领域，特别涉及一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备。在全球正面临能源危机的情况下，光电转换技术被认为是最重要的可再生能源之一。其中，聚合物太阳电池具有廉价、质轻、可大面积制备的优点收到了广泛的关注。获得高光电转换效率的重要因素之一是开发性能优异的电子给体材料。目前，最高的转换效率已达10%。
【背景技术】
[0002]随着近年来能源危机和环境污染的逐渐加剧，对可再生能源的需求也日趋迫切。作为一种清洁的可再生能源，太阳能资源的开发和应用在过去的几十年中得到了很大的发展。太阳能电池可以将太阳能直接转化电能，受到了前所未有的重视。聚合物太阳能电池具有制备工艺简单、重量轻、成本低廉、柔性、可大面积制备、可实现连续生产等优点而成为近年来太阳能电池研究领域的热点。经过十几年的研究，具有(p-n)本体异质结结构的有机/聚合物太阳能电池的能量转化效率(PCE)得到了迅速的提高，从1995年的不到1%，到2005年的4-5%，再到2009年的6%和最近报道的7.4%。目前，最高的转换效率已达10%。
[0003]聚合物太阳能电池的基本结构包括:作为器件正极的ITO透明电极，作为器件负极的Al或其他金属，和夹在这两层电极之间的一层厚度约IOOnm的光敏活性层。为改善ITO电极的界面性质以及功函，通常在其上面用旋涂的方式覆盖一层几十纳米厚的PEDOT =PSS作为修饰层；为改善金属负极的性质，在蒸镀Al电极之前通常预先蒸镀一层几个纳米厚的LiF或其他低功函数的活泼金属作为修饰层。光敏活性层由共轭聚合物给体和可溶C60衍生物受体的共混膜所组成。活性层吸收光子后产生激子和激子电荷分离，分离后的电子在内建电场的作用下沿受体传向负极并被负极所收集、空穴沿共轭聚合物传向正极并被ITO正极所收集，形成光电流和光电压。
[0004]为进一步提高有机/聚合物太阳能电池的能量转化效率，对光敏活性层中给体材料与受体材料改进是有机/聚合物太阳能电池研究的重点。近年来，一些具有宽吸收、窄带隙、高迁移率的给体材料已被合成，他们表现出比广泛使用的给体材料3-已基聚噻吩(P3HT)更高的光电转化效率。对于受体材料来说，富勒烯及其衍生物已经成为聚合物太阳能电池中最广泛使用的最重要的一类电子受体材料。尤其是可溶性衍生物PCBM，全称为[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester。这种材料具有良好的溶解性，是目前太阳能电池研究领域一种广泛应用的经典电子受体材料。
[0005]除此之外，为改善金属负极的性质，在蒸镀Al电极之前通常预先蒸镀一层几个纳米厚的LiF或其他低功函数的活泼金属作为修饰层。由于几个纳米厚的LiF的厚度不容易控制，研究着们合成一系列聚合物电解质，将之在蒸镀Al电极之前，用溶液旋涂的方法涂上一层聚合物电解质，由于聚合物电解质在界面处形成正负离子的内置电场，可以降低金属电极与活性层之间的接触电阻，增加载流子的迁移率，同时还可以作为空穴的阻挡层，因此在很大的程度上提高聚合物太阳能电池的光电转换效率，与聚合物电解质相比，离子型、醇溶性富勒烯应该比聚合物电解质展现更为优越的电子传输性，更加适合在有机聚合物太阳能电池中应用。
【发明内容】
[0006]本发明旨在一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备
【权利要求】
1.一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备，结构为:
2.权利要求1所述材料的方法，主要步骤是: 氮气气氛下，将C6Q，9，9-双(6-溴已基)-9H-芴-2-甲醛以及2-(甲基氨基)乙酸溶解在甲苯中，摩尔比为1: 5: 2，加热回流反应2h。反应完成后，所得混合物利用硅胶柱分离(淋洗液为甲苯/石油醚)，然后再经过HPLC纯化得到TMl。所得TMl溶解在四氢呋喃中，加入三甲胺水溶液，室温反应24h。反应完成后，加入适量水将洗出的固体溶解，旋干溶剂，所得固体溶解在甲醇中，在乙`醚中沉降得到固体即为式I结构的醇溶性富勒烯衍生物。
【文档编号】H01L51/46GK103664740SQ201210324779
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月5日 优先权日:2012年9月5日
【发明者】李翠红, 梅强, 薄志山 申请人:北京师范大学