[发明专利]一种具有强光伏响应的P-型有机半导体的制备方法及其应用

说明书

一种具有强光伏响应的P‑型有机半导体的制备方法及其应用，本发明涉及有机半导体领域。本发明是要解决目前存在有机太阳能染料电池中转化效率低的技术问题。该P‑型有机半导体，具体为卟啉二聚物；制备方法：一、制备二聚L‑谷氨酸和氨基被保护的谷氨酸；二、制备四聚L‑谷氨酸；三、制备六聚L‑谷氨酸；四、制备终产物卟啉二聚物。本发明以六聚L‑谷氨酸为桥联基键联两个单羟基苯基卟啉的卟啉二聚物，该二聚物具有覆盖较宽的太阳能波谱范围，在ITO玻璃低物上制备的薄膜器件中，其吸收光谱范围从300nm到850nm，其光伏响应强度比单羟基苯基卟啉单体高出大约12倍。本发明制备的P‑型有机半导体材料作为光活性材料在染料敏化太阳能电池中有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及有机半导体领域。

背景技术

叶绿素是绿色植物进行光合作用的主要色素，它在光合作用的光吸收过程中起到核心作用。然而叶绿素分子中的主要是以类似于卟啉分子的化合物存在，因此我们通过化学合成类似于叶绿素主体结构的卟啉分子来模拟绿色植物的光合作用过程。卟啉是一类大分子杂环化合物，卟啉中心的四个氮原子都含有孤电子对可与不同种类的金属离子键合生成不同的金属卟啉化合物。另外，卟啉类化合物具有良好的成膜性和溶解性，可溶于大部分的有机溶剂中，如氯苯，二氯苯，四氢呋喃和氯仿等，是理想的可溶性电子给体材料。卟啉类衍生物的环内电子流动性非常好，具有较高的摩尔吸光系数，且电子能够快速地从给体转移到受体，可作为光活性材料制备高性能的光电转换器件。

发明内容

本发明是要解决目前存在有机太阳能染料电池中转化效率低的技术问题，而提供一种具有强光伏响应的P-型有机半导体的制备方法及其应用。

一种具有强光伏响应的P-型有机半导体，具体为卟啉二聚物，其结构式为：

一种具有强光伏响应的P-型有机半导体的制备方法，具体按照以下步骤进行：

一、将12.4～14.7克L－谷氨酸和100～150毫升水混合均匀，控制搅拌速度为800～1200r/min，搅拌至L－谷氨酸完全溶解，加入16～20克醋酸酐，然后加热至80～90℃，继续控制搅拌速度为800～1200r/min，搅拌30～50分钟，冷却到室温，控制温度为-20℃，保持12～24h，然后抽滤，利用0～4℃的冰水洗涤滤层，自然晾干后在60～80℃条件下，进行真空升华分离，得到升华的二聚L-谷氨酸和不升华的氨基被保护的谷氨酸；

二、将50～71毫升二氯亚砜和120～128毫克步骤一得到的二聚L-谷氨酸在室温条件下混合均匀，加热到76～80℃，保持该反应条件继续反应2～4小时，然后在减压条件下，蒸馏直到无馏分蒸出为止，得到反应液，控制搅拌速度为800～1200r/min，将反应液冷却到室温，再加入29.4～35毫克L-谷氨酸，并且继续搅拌反应6～8小时，加入100～200毫升二次蒸馏水，控制温度为0～4℃过滤，向滤液中加入12～16克醋酸酐，加热至80～90℃，连续搅拌30～50分钟，然后在温度为-20℃条件下保持8～12h，过滤，将滤液减压蒸馏浓缩，然后在温度为60～80℃真空条件下干燥，得到四聚L-谷氨酸；

三、将50～71毫升二氯亚砜和110～128毫克步骤二得到的四聚L-谷氨酸在室温条件下混合均匀，加热到70～90℃，保持1.5～2小时，再加入20～30毫升无水二甲基亚砜，在减压条件下，蒸馏直到无馏分蒸出为止，然后冷却到室温，再加入20.4～29.4毫克L-谷氨酸，并且继续反应6～8小时，然后加入100～200毫升二次蒸馏水，控制温度为0～4℃过滤，向滤液中加入12～16毫升醋酸酐，加热至80～90℃，控制转速为800-1200转/分钟，连续搅拌30～50分钟，然后在温度为-20℃条件下保持8～12h，过滤，将滤液减压蒸馏浓缩，然后在60～80℃真空条件下干燥，得到六聚L-谷氨酸；