[发明专利]富勒烯冠醚衍生物及其在太阳能电池中的应用

说明书

发明领域

本发明涉及一种富勒烯冠醚衍生物及其在太阳能电池中的应用。

背景技术

近年来，太阳能电池研究主要集中在提高光电转换效率和寿命问题上^[1]。研究表明光电流的产生不仅依赖于激子的产生和传输特性，也依赖于有机光活性层与电极间界面的性质，故可通过在二者之间加入界面修饰层提高开路电压、光电流强度和填充因子，从而提高光伏器件的光电转化效率(PCE)。富勒烯衍生物在有机太阳能电池中不仅作为受体材料发挥了至关重要的作用，而且可作为电极界面修饰层材料改善光活性层和电极之间的接触和电学性能，显著提高光电转化效率。同时可避免使用低W_F活泼金属(如钙等)，提高器件的稳定性并延长使用寿命^[2]。本发明公开了系列富勒烯冠醚衍生物及其在太阳能电池中的应用，该类材料溶剂正交性好，可以替代金属钙或氟化锂作为阴极修饰层材料(CIL)促进电子传输，从而提高太阳能电池的能量转换效率。

参考文献：

1.Su,Y.-W.；Lan,S.-C.；Wei,K.-H.Mater.Today 2012,15,554；

2.(a)Huang,F.；et al.Chem.Soc.Rev.2010,39,2500；(b)Duan,C.H.；et al.Chem.Soc.Rev.2013,42,9071.(c)He,Z.C.；et al.Nat.Photon.2012,6,591；(d)Yang,T.B.；et al.Energy Environ.Sci.,2012,5,8208；(e)Lv,M.L.；et al.Adv.Mater.2013,25,6889.

发明内容

本发明的目的在于提供一种富勒烯冠醚衍生物及其在太阳能电池中的应用。

富勒烯冠醚衍生物为[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸12-冠醚-4-基甲酯(PCBC4)，[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸15-冠醚-5-基甲酯(PCBC5)，[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸18-冠醚-6-基甲酯(PCBC6)，其对应的钾离子络合物分别为PCBC4K，PCBC5K，PCBC6K。分子结构式为：

富勒烯冠醚衍生物作为太阳能电池的电极修饰层材料。

本发明公开了系列富勒烯冠醚及其络合物的合成和及其在太阳能电池中的应用，该类材料溶剂正交性好，用于替代金属钙或氟化锂作为阴极修饰层材料(CIL)促进电子传输，提高太阳能电池的能量转换效率。

附图说明

图1是太阳能电池器件的结构示意图，其中的阴极修饰层材料(CIL)为富勒烯冠醚衍生物，光活性层为P3HT:PC₆₀BM的本体异质结或者是CH₃NH₃PbI_3-xCl_x.的平面p-i-n型钙钛矿。

具体实施方式

富勒烯冠醚衍生物为[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸12-冠醚-4-基甲酯(PCBC4)，[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸15-冠醚-5-基甲酯(PCBC5)，[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸18-冠醚-6-基甲酯(PCBC6)，其对应的钾离子络合物分别为PCBC4K，PCBC5K，PCBC6K，分子结构式为：

富勒烯冠醚衍生物作为太阳能电池的电极修饰层材料。

本发明的富勒烯冠醚衍生物替代金属钙或氟化锂作为太阳能电池的电极修饰层材料促进电子传输，提高太阳能电池的能量转换效率。

富勒烯冠醚衍生物的合成。富勒烯冠醚衍生物的合成参考文献方法:(1)Li,S.S.,et al.Adv.Energy Mater.2013,23,1569.(2)Liao,S.H.；et al.J.Am.Chem.Soc.2012,134,14271.。

以PCBC6和PCBC6K为代表的合成操作如下：