[发明专利]一种生物基电子传输材料的制备方法

说明书

本发明提供一种生物基电子传输材料的制备方法，包括：在反应釜中放入生物质原料、掺氮试剂、有机溶剂，先超声波2‑5分钟；然后盖紧盖子，将反应釜放入马弗炉，缓慢升温至150‑200℃小时，反应6‑8h；反应完毕，降温至20℃；过滤以分离掉大颗粒的碳化物；硅胶柱层析法进行分离和提纯后，通过减压蒸馏脱出反应溶剂，最终制得生物制剂电子传输材料。本发明方法制备得到的生物基电子传输材料电子传输性能高；而且制备原料来源广泛，价格低廉。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种可用于有机薄膜太阳能电池的生物基电子传输材料的制备方法。

背景技术

将太阳能高效转换为电能仍然是人类所面临的最大挑战之一。尽管近年来在有机薄膜太阳能电池研究取得了飞速的进展，但受到材料制成本的影响，高纯度单晶硅仍然是太阳能电池产业中主导材料。图1中a)显示了有机薄膜太阳能电池的基本构造。与有机发光二极管相似，也是一种有机活性层被两端的电极夹在中间的“三明治”结构。有机活性层一般是由传输正孔的p型材料(例如导电高分子聚噻吩，P3HT)和传输电子的n型材料(富勒姆烯的衍生物，PCBM)所组成。在太阳光激发下产生的正负电荷分别通过P型材料和n型材料运送的各自相应的电极，实现彻底的电荷分离，在外部电路中形成电压以及电流。尽管近年来在有机薄膜太阳能电池研究取得了飞速的进展，但受到PCBM材料昂贵的合成成本的影响，高纯度单晶硅仍然是太阳能电池产业中主导材料。同样具有电子传输能力，而价格低廉的生物基碳纳米点，可代替合成成本昂贵的PCMB，被用于太阳能电池的电子传输材料(图1中b))。

碳纳米点(Carbon nanodots)是一种离散的、粒径范围在3-10nm，厚度在1nm以下的准球形纳米粒子，2004年首次被国外研究机构所报道以来，因其独特的荧光特性、极好的生物相容性(无毒性)、快速而廉价的制备方法，已被广泛地研究与报道。生物基碳纳米点，以纤维素、淀粉、壳聚糖、葡萄糖等生物质原料为碳源，利用溶剂法，碳化制备而得。

目前，生物基碳纳米点荧光增白剂最大的技术问题是，与传统的电子传输材料PCBM相比，电子传输效率偏低。通常的做法是碳纳米点的表面引入N元素等富电子基团(例如尿素，乙二胺等掺氮试剂)，增加碳纳米点表面的电子云密度，以此提高材料的电子流动性，可以使电子传输性能提高10–100倍。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种更为廉价的、电子传输效率更为高效的生物基电子传输材料的制备方法。

一种生物基电子传输材料的制备方法，包括：

在反应釜中放入生物质原料、掺氮试剂、有机溶剂，先超声波2-5分钟；

然后盖紧盖子，将反应釜放入马弗炉，缓慢升温至150-200℃小时，反应6-8h；

反应完毕，降温至20℃；过滤以分离掉大颗粒的碳化物；

硅胶柱层析法进行分离和提纯后，通过减压蒸馏脱出反应溶剂，最终制得生物制剂电子传输材料。

进一步地，如上所述的生物基电子传输材料的制备方法，所述的生物质原料为纤维素、淀粉、壳聚糖、木质素、半纤维素或葡萄糖中的任意一种。

进一步地，如上所述的生物基电子传输材料的制备方法，所述有机溶剂为丙酮、己酮或环己酮中的一种或几种的组合。

进一步地，如上所述的生物基电子传输材料的制备方法，所述掺氮试剂为尿素或乙二胺中的任意一种。

进一步地，如上所述的生物基电子传输材料的制备方法，所述的反应釜为不锈钢反应釜。

根据如上任一方法制备得到的生物基电子传输材料。

与现有技术相比，本发明具有如下优点: