[发明专利]一种富勒烯衍生物及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于化合物人工合成技术领域，具体涉及4-苯甲酰基丁酸仲丁酯、5-苯基-5-对甲苯磺酰肼基戊酸仲丁酯、PC₆₁BSB（5,6）位物质及PC₆₁BSB（6,6）位物质的合成技术。该PC₆₁BSB可作为电子受体材料应用于聚合物太阳能电池中。

背景技术

太阳能是一种取之不尽，用之不竭的能源，对环境无污染，可由人类自由支配。将太阳能直接转换为人类可以利用的能源一直是各国科学家所奋斗的目标。至1954年美国科学家第一次研制出单晶硅太阳能电池以来，世界各国对利用半导体材料制作太阳能电池以解决人类对能源需求的期望越来越强烈。在短短的几十年中，已有许多类太阳能电池问世，主要有单晶硅、多晶硅和非晶硅、无机体系和有机聚合薄膜系太阳能电池。对于硅系太阳能电池，虽然光电转换效率相对比较高，但其制作成本高昂，生产工艺及条件苛刻，材料本身工作寿命较短，产品受环境影响，这样因素大大限制了硅系太阳能电池的普及。为了减低制作成本，科学家开发出了非硅系太阳能电池。从低成本，简化制作工艺，提高工作稳定性，增大转换效率等方面来研发太阳能电池。有机半导体太阳能电池由于原料易得、价格低廉、制作工艺简单、工作稳定性高、环境影响小、能量转换效率高、易于制备成柔性电池等特点而倍受人们关注。

第一个太阳能电池是美国科学家在1954年开发的单晶硅太阳能电池，现代太阳能电池的发展正式开始。到目前为止太阳能电池已发展到了第三代。第一代是上世纪70年代发展起来的晶体硅太阳能电池，包括单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池，是迄今为止能量转换效率最高的太阳能电池。但由于这一代太阳能电池在原材料生产过程中污染严重、能耗高、生产工艺复杂、成本高昂，限制了这类太阳能电池的广泛应用。第二代是于上世纪80年代发展的无机薄膜太阳能电池，主要代表产品有非晶硅太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池和碲化镉太阳能电池。这一代太阳能电池能量转换效率普遍能达到10%左右，但是由于原材料稀少、加工难度大，虽然生产工艺较第一代太阳能电池有较大简化，但受高真空过程的局限，生产成本依然昂贵；另外最主要一点是这类太阳能电池原材料大多数为重金属，在上产、加工和后续使用中会对周围环境造成严重的污染，这一特点严重限制了第二代无机薄膜太阳能电池的应用和发展。

针对以上两代太阳能电池的优缺点，各国科学家于上世纪90年代中期开始开发第三代的有机薄膜太阳能电池。目前的主要代表有染料-敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池。这一代太阳能电池的原材料主要为有机物，材料来源广泛，生产过程简单，适于低温生产。由于大多数有机物具有可溶性，因而太阳能电池器件制备可通过溶液加工，例如：旋涂和喷墨打印等。溶液加工对于器件的基底要求不高，可在玻璃、薄膜、衣服或纸质等材料上进行加工，因而太阳能电池器件可制备成大面积、柔性的产品，这一特性能够大大提高有机太阳能电池的实际应用。由于有机太阳能电池是新近才发展起来的技术，目前能量转换效率最大值仅为8.3%，在材料和工艺上都存在许多有待进一步解决的问题。

富勒烯是碳的同素异形体，是由60个碳原子通过大π键体系构成的特别稳定的对称足球状分子，具有接受电子的独特物理化学性质，因此具有作为聚合物太阳能电池受体材料的潜质。对富勒烯表面进行化学修饰制备出的新型富勒烯衍生物，可以大大提高接受电子的能力，同时可使溶解性增加，应用于聚合物太阳能电池时，可大大提高太阳能电池的性能。

发明内容

本发明的目的之一，是提供一种富勒烯衍生物，其作为聚合物太阳能电池受体材料，应用于聚合物太阳能电池的制备；

本发明的目的之二，是提供一种上述富勒烯衍生物的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种富勒烯衍生物，该衍生物的化学式为[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸仲丁酯，结构如下式：

所述富勒烯衍生物作为电子受体材料应用于聚合物太阳能电池。

所述富勒烯衍生物的制备方法，包括步骤：

（1）、将4-苯甲酰基丁酸与仲丁醇进行酯化反应，得到4-苯甲酰基丁酸仲丁酯；

（2）、再将4-苯甲酰基丁酸仲丁酯与对甲苯磺酰肼溶于仲丁醇回流得到5-苯基-5-对甲苯磺酰肼基戊酸仲丁酯；

（3）、继将5-苯基-5-对甲苯磺酰肼基戊酸仲丁酯与富勒烯（C₆₀）反应生成PC₆₁BSB（5,6）位物质；