[发明专利]富勒烯衍生物材料及其制备方法及钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明提供了一种富勒烯衍生物材料及其制备方法及钙钛矿太阳能电池，富勒烯衍生物材料具有式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ或式Ⅳ结构，每个X独立选自卤素；每个R独立选自‑H或C1～C6的烷基。本发明通过在PCBM和Bis‑PCBM分子上的酯基替换成烷基铵盐类取代基以提高目标分子在醇类或其他绿色溶液中的溶解性能，进而实现绿色加工的目的，减少对人体和环境的损害。

技术领域

本发明属于电子传输材料技术领域，尤其涉及富勒烯衍生物材料及其制备方法及钙钛矿太阳能电池。

背景技术

可溶液加工性能是钙钛矿太阳能电池飞速发展的推动力之一，除了钙钛矿层的溶液可加工性外，其他功能层如载流子传输层(空穴和电子传输层)乃至透明电极和金属电极的溶液可加工能力也是研究的热点。

目前各种材料特别是有机半导体功能材料所用的溶剂大多含苯环或其他杂环类或是如氯仿类的极性溶剂，这些溶剂一般毒性较大，不适用于工业化生产的需求。因此，开发可溶于醇类或其他低毒绿色溶剂的功能材料势在必行。

富勒烯是一种完全由碳组成的中空分子，形状呈球型、椭球型、柱型或管状，含有五元环、六元环甚至七元环，应用最为广泛的是球形或椭球类，如C60、C70、C80等。富勒烯类材料因其独特的化学结构，通常用作电子传输材料，但纯的富勒烯类材料在大部分溶剂中溶解能力很差，一般不适用于溶液加工，限制了其应用范围。基于此种现状，人们开发了一系列的富勒烯衍生物类材料，如PC₆₀BM、PC₇₀BM、Bis-PC₆₀BM和Bis-PC₇₀BM等。目前富勒烯衍生物通常可采用芳香性溶剂(甲苯、氯苯、二甲苯、二氯苯等)溶解并加工成薄膜，这种加工方法的缺陷在于芳香性溶剂大都为强致癌物，因此，开发可溶于绿色溶剂的富勒烯类材料十分必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种富勒烯衍生物材料及其制备方法及钙钛矿太阳能电池，该材料能够溶解于绿色溶剂中，如甲醇、乙醇或多元醇中。

本发明提供了一种富勒烯衍生物材料，具有式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ或式IV结构：

每个R独立地选自-H和/或C1～C6的烷基；

每个X独立地选自卤素。

优选地，所述C1～C6的烷基为C1～C6的直链烷基；

每个X独立地选自-Cl、-Br或-I。

优选地，所述富勒烯衍生物材料选自式101、式102、式103、式104或

式106：

优选地，所述富勒烯衍生物材料能够溶于绿色溶剂；所述绿色溶剂包括甲醇、乙醇和多元醇中的一种或多种。

本发明提供了一种上述技术方案所述富勒烯衍生物材料的制备方法，包括以下步骤：

将富勒烯和式201所示的物料反应，得到中间产物；

每个R选自-H和/或C1～C8的烷基；

所述富勒烯选自C60或C70；

所述中间产物具有式202、式203、式204或式205结构：

将所述中间产物还原，季铵化反应，得到富勒烯衍生物材料。

本发明提供了一种电子传输层，包括上述技术方案所述富勒烯衍生物材料或上述技术方案所述制备方法制备的富勒烯衍生物材料。

优选地，所述电子传输层的厚度为10～100nm。