[发明专利]一种有机太阳能电池用小分子空穴传输材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种有机太阳能电池用小分子空穴传输材料及制备方法，所述的制备方法具体通过环戊联噻吩与1,4‑丁磺酸内酯加成反应得到中间产物，然后再与N‑溴代丁二酰亚胺反应得到溴化中间产物，溴化中间产物再与4‑联苯硼酸反应，得到本发明小分子空穴传输材料2，6‑二‑联苯‑4，4‑二‑丁基磺酸钾‑环戊联噻吩。本发明制备的小分子空穴传输材料2，6‑二‑联苯‑4，4‑二‑丁基磺酸钾‑环戊联噻吩用于有机太阳能电池空穴传输层，具有制备工艺简单、纯度高、光电转换效率高等优点。

技术领域

本发明涉及一种有机太阳能电池用小分子空穴传输材料及制备方法，具体属于光电材料技术领域。

背景技术

有机太阳能电池是新一代光伏发电技术，具有成本低、质量轻、柔性、可设计性强等突出优点，应用领域广泛。空穴传输层是有机太阳能电池的重要组成部分，可以调控阳极与活性层之间的能级匹配，提高空穴传输与收集的效率，改善阳极与活性层之间的物理接触，从而可以显著提高有机太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

目前，有机太阳能电池的空穴传输材料多为聚合物，存在制备工艺复杂及光电转换效率低等缺点。例如目前最常用的聚合物空穴传输材料，聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)，其制备工艺为：将聚对苯乙烯磺酸钠溶解于一定量的去离子水中，向其中滴加入3,4-乙撑二氧噻吩单体，缓慢搅拌5分钟，然后滴加盐酸控制体系pH值范围为2～3，然后慢慢滴入过硫酸铵与硫酸铁混合溶液，快速搅拌反应24小时，然后分别用阴离子交换树脂和阳离子交换树脂交换无机盐离子4小时，得到PEDOT:PSS深蓝色溶液。其中，PSS与EDOT摩尔比为2:1，过硫酸铵与EDOT摩尔比为1.5:1，硫酸铁与EDOT摩尔比为0.002:1。如上所述，PEDOT:PSS制备工艺涉及聚合、离子交换等诸多过程，复杂繁琐。另外，PEDOT:PSS的分子量及其分布受制备工艺影响很大，分子量及其分布重复性差。

水/醇溶性共轭聚电解质也是目前常用的有机太阳能电池空穴传输材料，如聚(4，4-双丁基磺酸钾-alt-苯并噻二唑)。聚(4，4-双丁基磺酸钾-alt-苯并噻二唑)采用自由基聚合机理，需要在无水无氧的条件下制备，工艺条件苛刻。另外，也存在分子量及其分布受制备工艺影响大的缺点，分子量及其分布重复性差。

针对聚合物空穴传输材料存在的制备工艺繁琐，重复性差等问题，本发明提供了一种小分子空穴传输材料。本发明提供的这种空穴传输材料的特点是制备工艺简单，不需要离子交换柱，也不需要无水无氧的制备条件。此外，本发明提供的小分子空穴传输材料还具有优异的水溶性和成膜性，可以在室温下水溶液加工，绿色环保。测试结果表明，本发明提供的小分子空穴传输材料的HOMO能级为-5.10eV，修饰ITO功函为-5.05eV，完全符合作为有机太阳能电池空穴传输层的能级要求。

发明内容

针对目前有机太阳能电池用聚合物空穴传输材料制备工艺复杂繁琐，重复性差的难题，本发明旨在提供一种制备工艺简单、重复性好、纯度高、光电转化效率也较高的小分子空穴传输材料。

本发明一种有机太阳能电池用小分子空穴传输材料的分子结构式为：

小分子空穴传输材料的制备方法包括以下步骤：

步骤1：向玻璃三口瓶中加入1.0摩尔份的环戊联噻吩和20.0毫升二甲基亚砜，室温机械搅拌20分钟，然后加入20.0毫升1.0摩尔/升的氢氧化钾水溶液和2.0摩尔份1,4-丁磺酸内酯，室温机械搅拌反应2～3小时，然后将三口瓶内反应物倒入100.0毫升丙酮中，室温机械搅拌30分钟，抽滤，得到固体状中间产物A；

步骤2：向玻璃三口瓶中加入1.0摩尔份中间产物A和30.0毫升N,N-二甲基甲酰胺，室温机械搅拌20分钟，然后加入20.0毫升N-溴代丁二酰亚胺和20.0毫升蒸馏水，室温机械搅拌反应1.0小时，然后将三口瓶内反应物倒入100.0毫升丙酮中，室温机械搅拌30分钟，抽滤，得到固体状中间产物B；