[发明专利]一类用于全固态量子点敏化太阳能电池的糖类修饰的三苯胺有机空穴传输材料

说明书

【技术领域】：本发明属于太阳能电池技术领域，尤其是涉及一类糖类修饰的三苯胺有机空穴传输材料在全固态量子点敏化太阳能电池中的应用。

【背景技术】：量子点敏化太阳能电池采用窄帯隙的无机量子点(quantum dots，QDs)材料如CdSe、CdS等吸附在宽帯隙的无机半导体如二氧化钛上作为光阳极而制作的。这种窄帯隙的无机量子点材料具有如下优点：1)QDs的帯隙可以通过改变颗粒的大小实现可控调节，进而可以调控QDs的光谱响应范围，以达到和太阳光谱良好的匹配；2)QDs具有高的摩尔消光系数，可以提高太阳光的利用率；3)量子点敏化太阳能电池可以利用热电子产生多个电子空穴对，因此具有更高的理论转化效率(44％)。

电解质作为量子点敏化太阳能电池的重要组成材料，一般是将氧化还原电对溶解在特定的溶剂中制备。在电池的工作中，通过向QDs传递电子实现QDs的再生，并通过在光阴极接受电子而使电池完成一个完整的循环。因此，电解质的性能对量子点敏化太阳能电池的效率有着至关重要的影响。目前使用效果最好的电解质是以水为溶剂的多硫电解质。然而，这种以水做溶剂的电解质不可避免的会存在挥发泄露的问题，严重影响了电池的稳定性，很难满足实际应用的需要。采用有机空穴传输材料代替液态电解质可以组装成全固态量子点敏化太阳能电池，能解决液态电解质的挥发泄露问题。目前报道的有机空穴传输材料只有spiro-OMeDAT一种，也是从染料敏化太阳能电池中转借而来，并不能很好的满足量子点敏化太阳能电池的需要，因此效率非常低(远远小于1％)，高效的有机空穴传输材料电解质还没有被研制出来。

用于量子点敏化太阳能电池的有机空穴传输材料应当具有：(1)较高的空穴迁移率；(2)有机空穴传输材料和多孔的二氧化钛膜之间的接触要好；3)注入到二氧化钛膜内的电子和空穴传输材料中的空穴之间的暗反应要小。三苯胺作为p-型半导体，具有较高的空穴迁移率，是很有潜力的一类有机空穴传输材料。如何提高三苯胺分子和多孔二氧化钛膜的接触性并抑制二氧化钛膜内的电子和空穴传输材料中的空穴之间的暗反应是亟需解决的问题。

基于此，本专利在三苯胺母体上引入了糖类化合物，利用糖上的羟基和多孔二氧化钛膜进行作用，使得这种糖修饰的三苯胺可以较好的吸附在多孔二氧化钛膜上，增加了其和多孔二氧化钛膜的接触性，同时这种作用也能较好的抑制暗反应，取得了良好的效果。对已公布的专利和文献进行检索，未发现相关内容。本发明专利具有明显的实用性、新颖性和创新性。

【发明内容】：本发明充分利用羟基可以在二氧化钛膜上吸附的特性，利用糖类化合物对三苯胺进行修饰，从而得到了一系列三苯胺的衍生物，并将其用在量子点敏化太阳能电池中，取得了良好的效果。利用有机分子和无机半导体相互作用的概念来设计量子点敏化太阳能电池电解质材料是该发明的新意之所在。另外，在本发明专利中制备的一系列三苯胺衍生物是第一次作为有机空穴传输材料应用在全固态量子点敏化太阳能电池中的，而且结果和现有的结果相比也具有先进性。

【本发明的技术方案】：

在二氧化钛纳米材料的表面存在着悬空的羟基，因此可以和糖中的羟基形成氢键；另外二氧化钛纳米材料的表面还有大量配位不饱和的钛原子，它们非常容易和糖羟基中的氧结合，形成配位键。这种氢键和配位键共同作用，会使得糖修饰的三苯胺和多孔的二氧化钛膜之间的接触性能大为提高，有利于提高电池的性能。另一方面，注入二氧化钛中的电子和空穴传输材料中的空穴之间的暗反应是通过配位不饱和的钛原子进行的，这种配位作用可以极大的减少表面态的数目，抑制暗反应的发生。

所述的三苯胺有机空穴传输材料的合成方案：本专利所采用的糖类均为多羟基醛，利用醛基和三苯胺基的磷叶立德试剂(4-6)的Wittig反应，通过双键将相应的糖类引入到三苯胺上。因此，合成的第一步是制备三苯胺基的磷叶立德试剂(4-6)。

三苯胺基的磷叶立德试剂(4-6)制备过程：将碘甲基取代的三苯胺(1-3)和三苯基磷反应，得到季磷盐，然后将得到的季磷盐和强碱在氮气保护下反应得到相应的三苯胺基的磷叶立德试剂(4-6)。

将得到的三苯胺基的磷叶立德试剂(4-6)和相应的甘油醛、赤藓糖、苏阿糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、莱苏糖、阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、古罗糖、艾杜糖、半乳糖和塔罗糖的任意一种反应，就得到了相应的糖修饰的三苯胺(7-9)。

所述的全固态量子点敏化太阳能电池的组装过程如下：