[發明專利]具有電位勢梯度的核酸仿生納米材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 200710098831.7
• 申請日: 2007-04-27
• 公開（公告）號: CN101293909A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 詹傳郎;姚建年
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C07H21/04
• 分類號: C07H21/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于納米光電子材料領域，特別涉及利用了核酸及核酸模擬分子 體系的核酸仿生納米材料和光電轉換納米材料領域。

背景技術

光電轉換材料是應用于太陽能光電轉換，將太陽能轉換為電能的一類功 能材料，包括單晶硅/非晶硅、硫化鎘/碲化鎘等無機半導體材料、具有窄帶隙 的高分子材料以及在可見-近紅外區具有高吸光系數的有機小分子材料。傳統 上，后兩者均屬于有機光電轉換材料。目前，市場上的太陽能電池主要是以 單晶硅為光電轉換材料，其轉換效率在20％左右，但是，單晶硅的高價格限 制了它的廣泛應用，而多晶硅被認為是下一代的光電轉換材料，其效率也已 經達到了15％以上，但是，其價格和效率依然不能滿足要求，尤其是其帶隙 與太陽光的最大光流子波段不相近，因此，以硫化鎘、砷化鎵和銅銦硒為代 表的、具有窄帶隙的無機半導體材料得到了重視，其光電轉換效率也已達到 或接近單晶硅的水平。然而不管是硅系材料或無機半導體材料，都有相同的 缺點，比如原料加工工藝復雜、原料重量重、原料來源單一等，因而，限制 了其廣泛應用。

而有機材料則不同，具有原料來源廣泛、重量輕、結構可修飾性強、柔 性可折疊等優點，因而被認為是最有前景的光電轉換材料。從上世紀六、七 十年代以來，有機材料一直得到了大量的研究。基于聚合物光電轉換材料的 光電池的轉換效率一直受限于有限的電荷分離效率和載流子傳輸效率，其轉 換效率一直很低(10^-3～10^-1％)，直到C₆₀的出現并作為電子受體與電子給體型 的聚合物混合形成“體異質結”(Bulk?Heterojunction)型光電轉換材料，其轉 換效率才提高到1％以上(G.Yu，J.Gao，J.C.Hummelen，F.Wudl，A.J.Heeger， Polymer?Photovoltaic?Cells：Enhanced?Efficiencies?via?a?Network?of?Internal Donor-Acceptor?Heterojunctions，Science，1995，270：1789～1791)，這是因為 C₆₀的引入可以大大提高電荷分離效率，其電荷分離態的壽命可達到μs～ms 量級(N.S.Sariciftci，L.Smilowitz，A.J.Heeger，F.Wudl，Photoinduced?Electron Transfer?from?a?Conducting?Polymer?to?Buckminsterfullerene，Science，1992，258， 1474～1476)。隨著C₆₀化學修飾的研究進展，基于C₆₀衍生物和電子給體型 聚合物的光電池的光電轉換效率被逐步提高到5％左右，但是，由于C₆₀衍生 物與聚合物的相容性不好，易聚集，限制了光致載流子的有效傳輸，因此， 限制了光電轉換效率。而有機小分子材料，比如，花菁染料由于其最大吸收 波長在400～1000nm之間，而且具有很高的吸光系數，早在上世紀80年代， 就被用于光電轉換研究，其轉換效率約為1％左右(A.K.Ghosh，T.Feng， Merocyanine?Organic?Solar?Cell，J.App.Phys.1978，49，5982-5989；D.L.Morel， A.K.Ghosh，T.Feng，E.L.Stogryn，P.E.Purwin，R.F.Shaw，C.Fishman， High-Efficiency?Organic?Solar?Cell，App.Phys.Lett.1978，32，495～497)。隨后， 以電子受體苝二酰亞胺和電子給體銅酞菁作為光電轉換材料構筑的雙層有機 光電池的轉換效率也達到1％(C.W.Tang，Two-Layer?Organic?Photovoltaic?Cell， App.Phys.Lett.1986，48，183～185)。然而，由于電荷分離效率和載流子傳輸 效率低等原因，當通過氣相共沉積技術，將苝二酰亞胺和銅酞菁共同沉積形 成“體異質結”，并結合改進的退火技術，在提高苝二酰亞胺或銅酞菁在“體 異質結”中的相分離程度的同時，阻止了粗糙表面形成，從而將苝二酰亞胺 和銅酞菁的光電轉換效率提高到大約1.5％(P.Peumans，S.Uchida，S.R.Forrest， Efficient?bulk?heteroj?unction?photovoltaic?cells?using?smallmolecular-weight organic?thin?films，Nature，2003，425，158～162)。這是因為相分離程度的提高有 助于光致電荷的有效分離，而表面粗糙度的改善則有助于電荷傳輸通道的建 立，從而提高電荷傳輸效率。