[發明專利]一類用于全固態量子點敏化太陽能電池的糖類修飾的三苯胺有機空穴傳輸材料

有效

• 申請號: 201210052248.3
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN102603542A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 李春生;孫嬿;史繼福;王耀祖;王莉娜;馬雪剛
• 申請（專利權）人: 河北聯合大學
• 主分類號: C07C215/68
• 分類號: C07C215/68;C07C213/08;H01G9/028;H01G9/20;H01L51/46
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【技術領域】：本發明屬于太陽能電池技術領域，尤其是涉及一類糖類修飾的三苯胺有機空穴傳輸材料在全固態量子點敏化太陽能電池中的應用。

【背景技術】：量子點敏化太陽能電池采用窄帯隙的無機量子點(quantum?dots，QDs)材料如CdSe、CdS等吸附在寬帯隙的無機半導體如二氧化鈦上作為光陽極而制作的。這種窄帯隙的無機量子點材料具有如下優點：1)QDs的帯隙可以通過改變顆粒的大小實現可控調節，進而可以調控QDs的光譜響應范圍，以達到和太陽光譜良好的匹配；2)QDs具有高的摩爾消光系數，可以提高太陽光的利用率；3)量子點敏化太陽能電池可以利用熱電子產生多個電子空穴對，因此具有更高的理論轉化效率(44％)。

電解質作為量子點敏化太陽能電池的重要組成材料，一般是將氧化還原電對溶解在特定的溶劑中制備。在電池的工作中，通過向QDs傳遞電子實現QDs的再生，并通過在光陰極接受電子而使電池完成一個完整的循環。因此，電解質的性能對量子點敏化太陽能電池的效率有著至關重要的影響。目前使用效果最好的電解質是以水為溶劑的多硫電解質。然而，這種以水做溶劑的電解質不可避免的會存在揮發泄露的問題，嚴重影響了電池的穩定性，很難滿足實際應用的需要。采用有機空穴傳輸材料代替液態電解質可以組裝成全固態量子點敏化太陽能電池，能解決液態電解質的揮發泄露問題。目前報道的有機空穴傳輸材料只有spiro-OMeDAT一種，也是從染料敏化太陽能電池中轉借而來，并不能很好的滿足量子點敏化太陽能電池的需要，因此效率非常低(遠遠小于1％)，高效的有機空穴傳輸材料電解質還沒有被研制出來。

用于量子點敏化太陽能電池的有機空穴傳輸材料應當具有：(1)較高的空穴遷移率；(2)有機空穴傳輸材料和多孔的二氧化鈦膜之間的接觸要好；3)注入到二氧化鈦膜內的電子和空穴傳輸材料中的空穴之間的暗反應要小。三苯胺作為p-型半導體，具有較高的空穴遷移率，是很有潛力的一類有機空穴傳輸材料。如何提高三苯胺分子和多孔二氧化鈦膜的接觸性并抑制二氧化鈦膜內的電子和空穴傳輸材料中的空穴之間的暗反應是亟需解決的問題。

基于此，本專利在三苯胺母體上引入了糖類化合物，利用糖上的羥基和多孔二氧化鈦膜進行作用，使得這種糖修飾的三苯胺可以較好的吸附在多孔二氧化鈦膜上，增加了其和多孔二氧化鈦膜的接觸性，同時這種作用也能較好的抑制暗反應，取得了良好的效果。對已公布的專利和文獻進行檢索，未發現相關內容。本發明專利具有明顯的實用性、新穎性和創新性。

【發明內容】：本發明充分利用羥基可以在二氧化鈦膜上吸附的特性，利用糖類化合物對三苯胺進行修飾，從而得到了一系列三苯胺的衍生物，并將其用在量子點敏化太陽能電池中，取得了良好的效果。利用有機分子和無機半導體相互作用的概念來設計量子點敏化太陽能電池電解質材料是該發明的新意之所在。另外，在本發明專利中制備的一系列三苯胺衍生物是第一次作為有機空穴傳輸材料應用在全固態量子點敏化太陽能電池中的，而且結果和現有的結果相比也具有先進性。

【本發明的技術方案】：

在二氧化鈦納米材料的表面存在著懸空的羥基，因此可以和糖中的羥基形成氫鍵；另外二氧化鈦納米材料的表面還有大量配位不飽和的鈦原子，它們非常容易和糖羥基中的氧結合，形成配位鍵。這種氫鍵和配位鍵共同作用，會使得糖修飾的三苯胺和多孔的二氧化鈦膜之間的接觸性能大為提高，有利于提高電池的性能。另一方面，注入二氧化鈦中的電子和空穴傳輸材料中的空穴之間的暗反應是通過配位不飽和的鈦原子進行的，這種配位作用可以極大的減少表面態的數目，抑制暗反應的發生。

所述的三苯胺有機空穴傳輸材料的合成方案：本專利所采用的糖類均為多羥基醛，利用醛基和三苯胺基的磷葉立德試劑(4-6)的Wittig反應，通過雙鍵將相應的糖類引入到三苯胺上。因此，合成的第一步是制備三苯胺基的磷葉立德試劑(4-6)。

三苯胺基的磷葉立德試劑(4-6)制備過程：將碘甲基取代的三苯胺(1-3)和三苯基磷反應，得到季磷鹽，然后將得到的季磷鹽和強堿在氮氣保護下反應得到相應的三苯胺基的磷葉立德試劑(4-6)。

將得到的三苯胺基的磷葉立德試劑(4-6)和相應的甘油醛、赤蘚糖、蘇阿糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、萊蘇糖、阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、古羅糖、艾杜糖、半乳糖和塔羅糖的任意一種反應，就得到了相應的糖修飾的三苯胺(7-9)。

所述的全固態量子點敏化太陽能電池的組裝過程如下：