CN103664740A - 一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备 - Google Patents

一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备 Download PDF

Info

Publication number
CN103664740A
CN103664740A CN201210324779.3A CN201210324779A CN103664740A CN 103664740 A CN103664740 A CN 103664740A CN 201210324779 A CN201210324779 A CN 201210324779A CN 103664740 A CN103664740 A CN 103664740A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alcohol
fullerene derivative
soluble fullerene
preparation
solar cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201210324779.3A
Other languages
English (en)
Inventor
李翠红
梅强
薄志山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Normal University
Original Assignee
Beijing Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Normal University filed Critical Beijing Normal University
Priority to CN201210324779.3A priority Critical patent/CN103664740A/zh
Publication of CN103664740A publication Critical patent/CN103664740A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D209/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings, condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
    • C07D209/56—Ring systems containing three or more rings
    • C07D209/96—Spiro-condensed ring systems
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

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。

Description

一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备
技术领域
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
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％。
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A1或其他金属，和夹在这两层电极之间的一层厚度约100nm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A1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。
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。
除此之外，为改善金属负极的性质，在蒸镀A1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A1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
本发明旨在一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备
Figure BSA00000773478800031
式1
本发明中式1结构化合物的制备方法如下：
Figure BSA00000773478800032
具体的说，本发明中式1结构化合物的制备方法，其主要步骤是：
氮气气氛下，将C60，9，9-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TM1。所得TM1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1结构的醇溶性富勒烯衍生物。
具体实施方式
实施例1：
制备TM1
将C60(701.1mg，0.9738mmol)，9，9-双(6-溴已基)-9H-芴-2-甲醛(2.5948g，4.9867mmol)以及2-(甲基氨基)乙酸(182.4mg，2.0474mmol)溶解在150ml甲苯中，仔细充脱氮气多次。然后将反应体系温度升高到120℃，从体系中甲苯开始回流开始计时，回流反应两个小时。减压除去大部分甲苯，残留物以甲苯/石油醚(1∶10，v∶v)为淋洗剂使用硅胶色谱柱分离，再经过高效液相色谱柱(HPLC)进一步纯化得到TM1(140.2mg，11.4％)。
制备式1结构的醇溶性富勒烯衍生物F1
将TM1(40.6mg，0.032mmol)溶解在30mlTHF中，加入5ml三甲胺水溶液，室温反应24h。反应完成后加入15ml水溶解析出的固体，减压除去溶剂，所得固体溶解于少量甲醇中在大量的乙醚中沉降得到固体即为式1所示的新型的醇溶性的富勒烯衍生物(35.2mg，79.4％)。
附图说明
图1是一种新型的醇溶性富勒烯衍生物F1的结构；
图2是一种新型的醇溶性富勒烯衍生F1在薄膜中电化学分析图。

Claims (2)

1.一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备，结构为：
Figure FSA00000773478700011
式Ⅰ
2.权利要求1所述材料的方法，主要步骤是：
氮气气氛下，将C60，9，9-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TM1。所得TM1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1结构的醇溶性富勒烯衍生物。
CN201210324779.3A 2012-09-05 2012-09-05 一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备 Pending CN103664740A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210324779.3A CN103664740A (zh) 2012-09-05 2012-09-05 一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210324779.3A CN103664740A (zh) 2012-09-05 2012-09-05 一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103664740A true CN103664740A (zh) 2014-03-26

Family

ID=50303623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210324779.3A Pending CN103664740A (zh) 2012-09-05 2012-09-05 一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103664740A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105924471A (zh) * 2016-05-03 2016-09-07 南京邮电大学 一种开环富勒烯界面修饰材料及其制备方法和应用
CN106565753A (zh) * 2016-10-13 2017-04-19 中国科学院上海有机化学研究所 一种富勒烯衍生物、制备方法和应用
CN107431135A (zh) * 2015-03-30 2017-12-01 住友化学株式会社 光电转换元件
CN114409551A (zh) * 2022-01-25 2022-04-29 华能新能源股份有限公司 富勒烯衍生物材料及其制备方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107431135A (zh) * 2015-03-30 2017-12-01 住友化学株式会社 光电转换元件
CN105924471A (zh) * 2016-05-03 2016-09-07 南京邮电大学 一种开环富勒烯界面修饰材料及其制备方法和应用
CN106565753A (zh) * 2016-10-13 2017-04-19 中国科学院上海有机化学研究所 一种富勒烯衍生物、制备方法和应用
CN106565753B (zh) * 2016-10-13 2019-05-14 中国科学院上海有机化学研究所 一种富勒烯衍生物、制备方法和应用
CN114409551A (zh) * 2022-01-25 2022-04-29 华能新能源股份有限公司 富勒烯衍生物材料及其制备方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11600788B2 (en) Ternary polymer solar cell
CN103467711B (zh) 连二噻吩羟吲哚基的半导体聚合物及其制备、用途
CN103626975B (zh) 一种半导体共轭聚合物及其制备方法
CN107946466B (zh) 钙钛矿型太阳能电池及其pedot:pss层的修饰方法
CN106986982A (zh) 三键连接的水醇溶共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用
CN106025073A (zh) 一种以三元组分为活性层的有机太阳能电池
CN109021214A (zh) 含寡聚乙二醇基侧链修饰萘二酰亚胺单元的n-型共轭聚合物及其在有机光电器件中的应用
CN103664740A (zh) 一种新型的醇溶性富勒烯衍生物的制备
CN105237745A (zh) 含季膦盐基团共轭聚电解质及其在有机光电器件中的应用
CN104650083A (zh) 基于三苯胺-苝二酰亚胺的星型三维共轭分子及其制备方法和应用
CN109216554B (zh) 一种以p3ht/石墨烯为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN114507232A (zh) 苝酰亚胺季铵盐型太阳能电池电子传输层材料及其制备及应用
CN102280590B (zh) 一种基于胶体量子点及石墨烯为光阳极的太阳电池及其制备方法
CN111689867B (zh) 一种空穴传输层材料及其制备方法、钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN101826599B (zh) 一种高开路电压的聚合物太阳能电池
CN105418897B (zh) 吲哚与吩类化合物的共轭聚合物及其制备方法和用途
CN103304781B (zh) 萘并二呋喃基的半导体聚合物及其制备方法、用途
CN102769102A (zh) 一种可溶液加工的太阳能电池阳极修饰材料及其修饰方法
CN105367756B (zh) 一种吲哚衍生物与苯并二噻吩双锡共聚物的制备和用途
CN101728487A (zh) 锰酞菁双酚a环氧衍生物有机太阳能电池的制备方法
CN108832000A (zh) 一种三元聚合物太阳能电池
CN103435616B (zh) 一种D(A-Ar)n型化合物及其应用
CN102945925A (zh) 提高有机太阳能电池光电转换效率的方法
CN102244197B (zh) 基于六-7-氮杂吲哚四锌合氧配合物材料的有机太阳能电池结构
CN113173930A (zh) 一种基于苯并二噻吩二酮的非掺杂空穴传输材料及其合成方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140326