[发明专利]醇溶性星形芴材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种醇溶性星形化合物及其作为界面修饰材料在有机体异质结太能能电池中的应用，属于有机光电功能材料及其器件制备技术领域。 

背景技术

自从1986年C.W.Tang首次报道了基于电子给体和受体异质结结构的有机太阳能电池以来，科学家们为提高有机太阳能电池的光电转换效率开展了大量的工作。提高太阳能电池的光电转换效率的方法主要包括优化活性层材料(J.Am.Chem.Soc.2008,130，732.)，优化相分离(J.Mater.Chem.2010,20,2499.)，界面修饰(Nat.Mater.2007,6，497.)，优化器件结构(Adv.Funct.Mater.2009,19,866.)等。 

与常用的优化活性层材料的方式相比，界面修饰的方法减小接触电阻，从而同时提高开路电压、短路电流和填充因子(J.Am.Chem.Soc.2011,133,8416；Adv.Mater.2011,23,4636.)。常用的界面修饰方法或材料包括：蒸镀LiF，自组装层，金属氧化物、氢氧化物或碳酸盐(TiO_x,MoO₃,ZnO,NiO_x,Ba(OH)₂),醇溶性高分子(PFN,P3TMAHT)。相对于金属氧化物、氢氧化物或碳酸盐的界面修饰方法，醇溶性高分子由于其可通过溶液旋涂加工，器件的制备较为简单。目前文献报道的在实验室中利用醇溶性聚芴高分子PFN制作的倒置结构有机体异质结太阳能电池效率已高达9.2%(Nat Photon 2012,6,593.)。 

星形化合物包含一个核心和若干功能化的支，由于其独特的结构，它同时兼具了小分子和高分子的优点，例如高热稳定性和成膜性，制备可重复性，其材料性能也能通过改变分子结构而精确调控。由于这些特点，近年来，星形化合物已经在各方面引起了广泛注目(Chem.Soc.Rev.2010,39,2695.)。 

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种醇溶性星形化合物，并将其应用于有机体异质结太能能电池中作为界面修饰材料。 

在本发明中，我们设计合成了一种醇溶性星形芴分子。它们具有以下特点：（1）六个寡聚芴连接在同一个苯环上，形成一个大的星形结构。（2）芴的9位上连接有N-羟乙基、二甲胺基、N-氧化物基、季铵盐基、烷氧基、磷酸酯基等醇溶性基团。由于以上结构特征，这类分子同时具有星形化合物的优点,如：成膜性好，热稳定好，分子结构易于调控，分子可精确的重复合成；同时又由于包含大量的醇溶性基团，它们能溶于甲醇等强极性溶剂，作为 界面修饰材料。 

本发明采用的技术方案是： 

一种醇溶性星形芴化合物，结构通式如下： 

式中n为0-3的整数，R₂选自1-20个碳原子的烷基，R₁选自N-羟烷基、二烷基胺基、N-氧化烷基胺基、季铵盐基、烷氧基、磷酸酯基等醇溶性基团。这些醇溶性基团可由碳原子数为1-50的烷基、烷氧基、烯基，碳原子数为6-50的取代或未取代的芳基、联芳基、稠环芳基，碳原子数为4-50的取代或者未取代的含有氮原子、氧原子的杂环芳基、苯并杂环芳基所构建。 

作为上述方案的优选，当n=0，R₁选自N-羟烷基、二烷基胺基、N-氧化烷基胺基、季铵盐基、烷氧基、磷酸酯基等醇溶性基团。 

尤其的，当n=0，R₁为正己基N-羟乙基、正己基二甲胺基、正己基N-氧化二甲胺基、正己基季铵盐基、烷氧基、正己基磷酸酯基时，其分子结构如下：

作为上述方案的优选，n＝1，R₁选自N-羟烷基、二烷基胺基、N-氧化烷基胺基、季铵盐基、烷氧基、磷酸酯基等醇溶性基团。R₂为正己基。 

尤其的，当n＝1时，R₁为正己基N-羟乙基、正己基二甲胺基、正己基N-氧化二甲胺基、正己基季铵盐基、烷氧基、正己基磷酸酯基，R₂为正己基时其分子结构如下：