[发明专利]C60三芳胺衍生物在太阳能电池中的应用

说明书

技术领域：

本发明属于有机光电材料领域，具体涉及一种分子水平上的D-A型双功能聚合物及其衍生物在太阳能电池中的应用。

技术背景：

自从人们发现处于基态非简并态的共扼聚合物与富勒烯之间有光诱导电子转移发生以来，这些材料已经被考虑应用于制作大面积的可折叠的太阳能电池。这些工作引起了人们的极大兴趣，第一代有机太阳能电池是P/N型异质结二极管，由电子给体分子组成的P型薄膜和电子受体组成的N型薄膜来共同构成。形态象三明治一样。两种有机薄膜构成的平面异介质引起了整流作用、光电流和PV效应，但是，正是由于其平面的几何界面，限制了给体与受体之间的相互作用，使得JSC值比较小。通过直接将P型共扼聚合物与N型富勒烯混合组成复合物，可以有效提高JSC值。这种复合物仍然受几个关键因素的影响：(1)共扼聚合物与富勒烯的兼容性是决定混合物物理形态的关键因素。相分离与富勒烯的簇效应的出现，都会降低给体分子与受体分子之间的相互作用。(2)这种装置中，光电流的传输与空穴传输的平衡是非常重要的，对于经过给体的空穴传输和经过受体的电子传输，一个真正的双向通道是必须，而簇效应会导致在P-N之间出现真空，从而影响了电荷的传输。

开发具有D-A特性，能够同时进行电子和空穴传输的单一物质材料，给体与受体之间的相互作用的面积被扩大，而相分离与富勒烯的簇效应被有效的禁阻。将给体和受体通过共价键连接，可以很简单地获得微相分离的互渗双连续网络结构，也许能够克服以上的缺陷，并且基于单一有机化合物的器件有利于化合物结构器件效率关系的获得。

发明内容：

本发明的目的是开发一种具有D-A特性，能够同时进行电子和空穴传输的单一物质材料，有效的解决传统有机太阳能电池接触面积小，相分离及簇效应等问题，并将其进一步衍生化，以期得到更好的光伏特性。

这类化合物还可以进一步通过聚合形成聚合物，然后通过旋涂制成PLED，以解决小分子发光材料在蒸镀过程中易出现的受热分解，抗结晶性能差等缺点。

本发明的实现方式：

具有如下结构通式(I)的D-A型C₆₀三芳胺衍生物：

其中：R₁、R₂选自氢原子、卤素原子、硝基、氨基、烷基、异烷基、烷氧基、烯烃基、炔烃基、烷基醛基、烷基酮基、吡啶或吡啶衍生物、呋喃或呋喃衍生物、咪唑或咪唑衍生物、噻吩或噻吩衍生物、芳香基或取代的芳香基，其中R₁、R₂不同时为氢原子。所述烷基、烷氧基碳原子数为C1-C6，如甲烷、乙烷，所述异烷基碳原子数为C3-C6，如异丙烷，所述烯烃基、炔烃基碳原子数为C2-C6，所述烷基醛基碳原子数为C1-C6，包括甲醛，乙醛等，所述烷基酮基碳原子数为C3-C6，如丙酮基，所述芳香基为苯基、萘基等具有芳香性的基团。

R₁、R₂更优选自氢原子、卤素原子、硝基、烯烃基、炔烃基、烷基醛基、烷基酮基、吡啶或吡啶衍生物、呋喃或呋喃衍生物、咪唑或咪唑衍生物、噻吩或噻吩衍生物、芳香基或取代的芳香基。

D-A型C₆₀三芳胺衍生物的制备方法，包括如下步骤：

(1)合成结构通式(II)表示的三苯胺衍生物；

(2)将富勒烯，肌氨酸与三苯胺衍生物溶于甲苯，富勒烯，肌氨酸与三苯胺衍生物反应的摩尔比为1～3∶4～6∶7～9；

(3)在氮气保护下，100℃反应6～7h；

(4)产物用甲苯与石油醚混合溶剂进行柱层析分离得到。