[发明专利]一种两性离子修饰的四苯乙烯及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种两性离子修饰的四苯乙烯及其合成方法和作为体异质结聚合物太阳能电池阴极界面修饰材料的用途。

背景技术

近年来，体异质结(BHJ)聚合物太阳能电池(PSCs)发展迅速，随着在活性层材料开发、器件结构和界面工艺的优化方面取得的巨大进步，单节PSCs器件能量转换效率(PCE)已经突破11％。通常而言，PSCs器件结构是由活性层(共轭高分子给体与富勒烯衍生物受体)夹在阴极、阳极和相应的界面层之间组成的“三明治”结构，因此，如何通过改良界面修饰层减小电荷分离/收集的障碍以形成欧姆接触提升PCE近年来引起了科研人员越来越多的关注。

传统的无机金属化合物(氟化锂、碳酸铯、氟化铯等)阴极界面修饰材料(CILs)在器件制作过程中需要利用繁琐昂贵的真空蒸镀设备，相比之下，醇或水溶解性的有机小分子和聚合物CILs可以利用旋涂技术形成界面修饰层，并且CILs层与活性层迥异的溶解性可以避免后续旋涂过程对前一层形貌的影响，为潜在的卷对卷(roll-to-roll)式的大规模生产提供了可能。

目前已报道的醇或水溶解的CILs可以分为两类：π共轭和非π共轭的有机小分子或聚合物。π共轭的CILs主要由π共轭的主链和表面活性剂似的侧链构成，其中π共轭的单元主要是芴单元，侧链则有胺、季铵盐、磷酸盐、磺酸盐和两性离子盐等。已经报道的非π共轭的CILs则有两性离子盐、聚胺和氨基酸等。目前，研究人员对于界面修饰层背后的作用机理的认识依然不明确，两类共轭结构截然不同的CILs都有着不错的界面修饰效果；此外，由芴单元之外的π共轭单元构成的CILs材料的报道非常少，且固态下分子间会存在π-π堆积。因此，有必要开发一种新的构筑单元以拓展π共轭CILs的种类以及解决固态下分子间π-π堆积带来的不利影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术难题，本发明通过将经典的聚集诱导发光分子四苯乙烯(TPE)与两性离子盐结合，提供了一种具备聚集诱导发光性质的醇或水溶解性的化合物，该化合物具有良好的界面修饰效果，可以用作体异质结聚合物太阳能电池阴极界面修饰材料。

本发明提供的技术方案具体如下：

一种两性离子修饰的四苯乙烯，具有式(I)或式(II)所示的结构：

一种上述两性离子修饰的四苯乙烯的合成方法，包括以下步骤：

(1)无水无氧条件下：将二苯甲烷溶于四氢呋喃中，0℃下将正丁基锂的己烷溶液滴入，0℃反应0.5小时后，向反应体系中加入4-甲氧基苯甲酰苯或二(4-甲氧基苯基)-甲酰，室温反应得到中间体粗产物，中间体粗产物与催化量的一水合对甲基苯磺酸一起在甲苯中回流，得白色固体状的化合物A，其结构式为

(2)无水无氧条件下：将化合物A溶于二氯甲烷中，降温至-78℃后滴入三溴化硼的二氯甲烷溶液，在-78℃反应1小时，然后自然升温至室温，继续反应，得白色固体状的化合物B，其结构式为

(3)无水无氧条件下：将化合物B和NaOH一起在丙酮中回流反应，然后加入N,N-二甲基-3-氯丙胺盐酸盐，继续回流，得白色固体状的化合物C，其结构式为

(4)室温下，化合物C和1,3-丙基磺酸内酯一起在乙酸乙酯中反应5天，反应完毕后，纯化，得白色固体状的两性离子修饰的四苯乙烯，其结构式为

步骤(1)中，二苯甲烷、正丁基锂和4-甲氧基苯甲酰苯或二(4-甲氧基苯基)-甲酰的投料摩尔比为5:5:4，反应在氮气保护下于Schlenk管中进行。

步骤(2)中，化合物A和三溴化硼的投料摩尔比为5:6，反应在氮气保护下于Schlenk管中进行。

步骤(3)中，化合物B、NaOH和N,N-二甲基-3-氯丙胺盐酸盐的投料摩尔比为2:6:3，反应在氮气保护下于Schlenk管中进行。

步骤(4)中，化合物C和1,3-丙基磺酸内酯的投料摩尔比为2:5。

上述两性离子修饰的四苯乙烯作为体异质结聚合物太阳能电池阴极界面修饰材料的应用。

本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明第一次报道利用具有聚集诱导发光性质的化合物四苯乙烯构筑阴极界面修饰材料，既可以引入π单元提高其导电性，又可以避免固体分子间π-π堆积带来的不利影响。