[发明专利]一种不对称卟啉有机小分子阴极界面材料及其制法和应用

说明书

本发明涉及有机太阳能电池阴极界面材料领域，公开了一种不对称卟啉有机小分子阴极界面材料及其制法和应用。所述不对称卟啉有机小分子以卟啉环为核，在卟啉环四个meso位分别连接一个基团，其中一个是带有极性基团的共轭单元，一个是吸电子或给电子的共轭单元，另外两个是烷基链取代的芳香基团。本发明的不对称卟啉有机小分子阴极界面材料提高了在甲醇中的溶解性能，有利于有机太阳能电池的制备；调节分子的能级，提升了电子传输性能；改善了表面形貌，提升了电池性能，利用本发明的材料可以进一步提高有机太阳能电池的光伏性能。

技术领域

本发明涉及有机光伏材料领域，特别涉及一种不对称卟啉有机小分子阴极界面材料及其制法和应用。

背景技术

利用太阳能是缓解即将面临的能源危机的方式之一，目前理论比较成熟的利用太阳能的方式是无机领域的晶体硅半导体太阳能电池，虽然晶体硅半导体太阳能电池已经商业化，但是晶体硅硬度、熔点都高，加工过程中消耗许多能源，这使其加工成本较高，因而其应用也受到了限制。与晶体硅太阳能电池相比，有机太阳能电池具有成本低、柔性、质轻、可大面积生产等优点，受到研究人员的青睐。

有机太阳能电池通常会在活性层和阴极之间加入一层界面材料，目前应用最广泛的阴极界面材料是水/醇溶的聚合物界面材料，虽然聚合物容易成膜，但由于分子量分布宽、难以纯化导致聚合物合成存在批次差异，而小分子界面材料分子结构明确、易纯化，因而不存在批次差异问题。

卟啉是植物叶绿素的一类衍生物，卟啉环是拥有18个π电子的大π共轭体系，具有芳香性，电子传输性好，可通过对meso位点接入一些基团来改变其物理化学性质，从而改善其在有机光伏器件中的性能。由于卟啉类化合物的吸光性好，一般用作有机太阳能电池的活性层，虽然卟啉在阴极界面中也有应用，但多是对称卟啉界面材料，而不对称卟啉阴极界面材料研究甚少。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种不对称卟啉有机小分子阴极界面材料。

本发明的另一目的在于提供所述不对称卟啉有机小分子阴极界面材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述不对称卟啉有机小分子阴极界面材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种不对称卟啉有机小分子阴极界面材料，具有以下化学结构：

其中，A为带有极性基团的共轭单元；B为与A不同的吸电子或给电子共轭单元；M是金属离子或氢离子；Ar是芳香取代基团；

A为以下结构单元中的一种：

其中，R₁是含碳数为1到20的带有极性基团的烷基或烷氧基链；

B为具有如下结构单元中的一种：

其中，R₂是含碳数为1到20的烷基或烷氧基链。

优选的，所述极性基团具有如下结构中的一种：胺基、二乙醇胺基、季铵盐、磷酸酯基、羧基、羧酸根、磺酸根、两性离子基团。

优选的，所述M为氢离子、锌离子、镁离子、铜离子或镍离子。

优选的，所述Ar具有如下结构单元中的一种：

其中，R₃是含碳数为1到20的烷基或烷氧基链。

所述的不对称卟啉有机小分子阴极界面材料的制备方法，包括以下步骤：