[发明专利]二苊醌基硫醚、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉材料领域，具体涉及二苊醌基硫醚及其制备方法。

背景技术

相对于硅光伏电池，有机光伏电池具有成本低、重量轻、体积小、易加工、柔韧性好、适宜加工成大面积的平板器件的特点。提高光电转化率是当前有机光伏电池所面临的最主要课题。按照目前的能源供应情况，如果有机光伏电池的光电转化率提高到10%，将具有价格优势，和广阔的应用市场。因此，开发成本低廉的有机/聚合物光伏电池具有现实的意义。阻碍有机/聚合物光伏电池大规模应用的主要原因是：有机/聚合物光伏电池的光电转换率较低。

目前，最普遍使用的电子受体材料是加州大学圣芭芭拉分校的Wudl教授研究组设计合成的C60衍生物PCBM（[6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester）。对于平面π共轭的电子给体化合物TBP (Tetrabenzylporphrine，四苯并卟啉)来说，PCBM具有两大缺点：1. PCBM的最低空轨道能级太低(-4.1 eV)；2. 组成的光伏电池短路电流偏低。

高光电转化率的有机光伏电池需要高效的电子给体(Donor)和电子受体(Acceptor)材料。作为一个实用的光伏电池材料必须具备容易制备，性质稳定，价格低廉的特点。例如：电子给体材料P3HT (poly(3-hexylthiophene))和TBP (Tetrabenzylporphrine，四苯并卟啉) 等。目前，跨国公司（例如：日本三菱公司）已经通过工艺优化等途径，将使用P3HT和PCBM制作的光伏电池的光电转换率提高到大于8 %的水平，申请了上百个电池制作工艺专利和化合物专利。但是，现有电子受体材料与TBP匹配的效果不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够与TBP电子给体材料相匹配的化合物二苊醌基硫醚。

本发明的另一目的是提供二苊醌基硫醚的制备方法，该方法简单，产率高，副产物少，对环境友好。

二苊醌基硫醚，其结构式如下：

。

二苊醌基硫醚的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：苊醌与液溴进行取代反应，得到5-溴苊醌；

步骤2： 5-溴苊醌与Na₂S反应，得到二苊醌基硫醚。

步骤1中每克苊醌与1.5 ~ 3 mL液溴进行取代反应；所述取代反应的时间为1~5小时。液溴用量小于1.5 mL/g 时，液溴不能全浸没固体，溴化不充分，液溴用量小于3 mL/g 反应产率没有明显提高。反应时间小于1小时，溴代反应不充分，产率低，高于5小时，反应产率没有明显提高。

步骤2中5-溴苊醌与Na₂S的摩尔比为1：0.45～3。5-溴苊醌与Na₂S的摩尔比低于1：0.45时，硫醚产率低，比例高于1：3时，造成Na₂S浪费。

步骤2中反应温度为105 ~118 ^oC，反应时间为2～8小时。反应温度低于105 ^oC 反应速度慢，正丁醇沸点是118 ^oC，所以反应温度不高于118 ^oC。反应时间小于2小时，反应不充分，产率低，高于8小时，反应产率没有明显提高。

步骤2反应的溶剂为正丁醇。

本发明还提供二苊醌基硫醚作为光伏电池电子受体材料的应用。

本发明二苊醌基硫醚是平面共轭有机分子，可以通过π-π Staking效应叠合形成一定堆积形状，有利于电子在分子间传递，缩短激子的扩散距离，使制作的异质结（Bulk heterojunction，BHJ）光伏电池的短路电流增加，提高光伏电池的光电转换率。

本发明二苊醌基硫醚的制备方法，工艺简单，产率高，副产物少，对环境友好。

本发明二苊醌基硫醚作为光伏电池电子受体材料，与电子受体材料TBP混合旋涂成膜，荧光淬灭实验初步验证了设计理念的正确性，二苊醌基硫醚与TBP电子给体材料匹配效果较好，使用该化合物与TBP材料制作的光伏电池将具有较大短路电流。二苊醌基硫醚通过和电子给体材料TBP间的π-π Staking效应，增大电子给体与受体的接触面积，缩短激子的扩散距离，提高光伏电池的短路电流、填充因子和光电转换率。

附图说明

图1是本发明制备二苊醌基硫醚的反应方程式，其中式（1）是苊醌，式（2）是5-溴苊醌，式（3）是二苊醌基硫醚。

图2是 本发明化合物二苊醌基硫醚的紫外吸收光谱。