[发明专利]一种1-苯基乙酰丙酮螯合物、其制备方法及应用

说明书

本发明涉及聚合物太阳电池技术领域，尤其涉及一种1‑苯基乙酰丙酮螯合物、其制备方法及应用。所述1‑苯基乙酰丙酮螯合物，具有式(Ⅰ)所示结构，式(Ⅰ)中，M选自第ⅢA族中的任意一种金属元素或第ⅣB族中的任意一种金属元素。将1‑苯基乙酰丙酮螯合物作为电子传输层的材料，并应用于聚合物太阳电池器件中，与其他电子传输层相比较，1‑苯基乙酰丙酮螯合物在具有优异的传输能力的同时，可以在活性层表面形成了一定的半球状结构，增加了入射光的光程，同时在合理的调控厚度之后，使得器件中的最大光强处于活性层位置，强化的活性层的光吸收，从而提高了激子产生率，提高电池器件的短路电流密度和光电转换效率。

技术领域

本发明涉及聚合物太阳电池技术领域，尤其涉及一种1-苯基乙酰丙酮螯合物、其制备方法及应用。

背景技术

在过去的几年里，以有机聚合物为基础的太阳能电池因其成本低，材料和功能多样性引起了研究人员的广泛关注。由于在材料设计和器件结构上的创新，目前最佳的单结聚合物太阳电池(PSCs)的认证光电转换效率(PCEs)已经达到17.4％。传统的有机聚合物太阳电池器件中吸收光子的有机活性层放置于空穴传输层(HTL)和电子传输层(ETL)之间。传输层作为活性层与电极之间载流子运输的桥梁，必须具有良好的电子或空穴的传输性能，与电极间形成良好的欧姆接触，使复合损耗降至最低。

对有机聚合物太阳电池而言，由于大多数有机半导体材料的激子扩散长度较短、载流子迁移率较低，非富勒烯PSCs的光活性层的最佳厚度一般在100nm左右，这与能够完全吸收入射光的理想厚度相比要薄的多。因此，如何提高具有固定厚度的本体异质结(BHJ)的集光性能是提高器件性能的关键。然而在大多数通过活性层改良提高BHJ的光吸收的方法往往工艺比较复杂，成本较高。因此研究人员将目光投入到了工艺更加简单、有效的传输层的改善当中。

电池器件中的传输层一般被用作激子传输的媒介，根据不同功函的材料选择传输电子或者空穴，在界面处形成良好的欧姆接触，减少复合损耗，从而改善器件性能。另外，界面材料还可以极大地阻止电极材料扩散对活性层的污染，包括替代水分和氧敏感的低功函金属，如Ca、Ba和Mg，从而大大提高器件的稳定性。最后，传输层可以改善活性层对光的吸收，包括增加入射光的光程以及影响器件内光场的分布。当一束光通过透明电极照射到活性层表面时，光反射，吸收、散射和透射将发生，并最终通过反射金属电极反射。因此，当入射光与来自金属电极的反射光相遇时，可能会发生光干扰，并且可以在装置内形成驻波，导致光强度在器件内重新分布。对界面层材料的合理调控，将会增加活性层对光的吸收，促进载流子的产生，从而提高电池器件的效率。

在传统的正向聚合物电池器件当中，光活性层/反射电极界面处的光强度最弱(接近于零)，为了提高入射光的利用率，提高器件的性能，需要通过选择具有合适折射率的界面材料来控制最强的光强分布。因此开发出一种新型的电子传输层材料来增强分布在活性层内的光强度，从而提高短路电流密度，改善器件性能显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种1-苯基乙酰丙酮螯合物、其制备方法及应用，将本发明的1-苯基乙酰丙酮螯合物用于电子传输层的材料，可以提高电池器件的短路电流密度和光电转换效率。

本发明提供了一种1-苯基乙酰丙酮螯合物，具有式(Ⅰ)所示结构：

式(Ⅰ)中，M选自第ⅢA族中的任意一种金属元素或第ⅣB族中的任意一种金属元素。

优选的，所述M选自Al、Ga、In、Ti、Zr或Hf。

本发明还提供了一种1-苯基乙酰丙酮螯合物的制备方法，包括以下步骤：

将具有式(Ⅱ)所示结构的配体化合物与M的氯化物溶解在乙醇溶液中，在65～75℃下搅拌，得到具有式(Ⅰ)所示结构的1-苯基乙酰丙酮螯合物：M选自第ⅢA族中的任意一种金属元素或第ⅣB族中的任意一种金属元素；