[發明專利]一種富勒烯衍生物及其制備方法和用途

無效

• 申請號: 201210386255.7
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102875377A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 彭汝芳;金波;范利生;楚士晉;杜利成;梁華
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C07C69/612
• 分類號: C07C69/612;C07C67/30;H01L51/46
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務所 51106
• 代理人: 劉克勤

技術領域

本發明屬于化合物人工合成技術領域，具體涉及4-苯甲酰基丁酸仲丁酯、5-苯基-5-對甲苯磺酰肼基戊酸仲丁酯、PC₆₁BSB（5,6）位物質及PC₆₁BSB（6,6）位物質的合成技術。該PC₆₁BSB可作為電子受體材料應用于聚合物太陽能電池中。

背景技術

太陽能是一種取之不盡，用之不竭的能源，對環境無污染，可由人類自由支配。將太陽能直接轉換為人類可以利用的能源一直是各國科學家所奮斗的目標。至1954年美國科學家第一次研制出單晶硅太陽能電池以來，世界各國對利用半導體材料制作太陽能電池以解決人類對能源需求的期望越來越強烈。在短短的幾十年中，已有許多類太陽能電池問世，主要有單晶硅、多晶硅和非晶硅、無機體系和有機聚合薄膜系太陽能電池。對于硅系太陽能電池，雖然光電轉換效率相對比較高，但其制作成本高昂，生產工藝及條件苛刻，材料本身工作壽命較短，產品受環境影響，這樣因素大大限制了硅系太陽能電池的普及。為了減低制作成本，科學家開發出了非硅系太陽能電池。從低成本，簡化制作工藝，提高工作穩定性，增大轉換效率等方面來研發太陽能電池。有機半導體太陽能電池由于原料易得、價格低廉、制作工藝簡單、工作穩定性高、環境影響小、能量轉換效率高、易于制備成柔性電池等特點而倍受人們關注。

第一個太陽能電池是美國科學家在1954年開發的單晶硅太陽能電池，現代太陽能電池的發展正式開始。到目前為止太陽能電池已發展到了第三代。第一代是上世紀70年代發展起來的晶體硅太陽能電池，包括單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池，是迄今為止能量轉換效率最高的太陽能電池。但由于這一代太陽能電池在原材料生產過程中污染嚴重、能耗高、生產工藝復雜、成本高昂，限制了這類太陽能電池的廣泛應用。第二代是于上世紀80年代發展的無機薄膜太陽能電池，主要代表產品有非晶硅太陽能電池、銅銦鎵硒太陽能電池和碲化鎘太陽能電池。這一代太陽能電池能量轉換效率普遍能達到10%左右，但是由于原材料稀少、加工難度大，雖然生產工藝較第一代太陽能電池有較大簡化，但受高真空過程的局限，生產成本依然昂貴；另外最主要一點是這類太陽能電池原材料大多數為重金屬，在上產、加工和后續使用中會對周圍環境造成嚴重的污染，這一特點嚴重限制了第二代無機薄膜太陽能電池的應用和發展。

針對以上兩代太陽能電池的優缺點，各國科學家于上世紀90年代中期開始開發第三代的有機薄膜太陽能電池。目前的主要代表有染料-敏化太陽能電池和聚合物太陽能電池。這一代太陽能電池的原材料主要為有機物，材料來源廣泛，生產過程簡單，適于低溫生產。由于大多數有機物具有可溶性，因而太陽能電池器件制備可通過溶液加工，例如：旋涂和噴墨打印等。溶液加工對于器件的基底要求不高，可在玻璃、薄膜、衣服或紙質等材料上進行加工，因而太陽能電池器件可制備成大面積、柔性的產品，這一特性能夠大大提高有機太陽能電池的實際應用。由于有機太陽能電池是新近才發展起來的技術，目前能量轉換效率最大值僅為8.3%，在材料和工藝上都存在許多有待進一步解決的問題。

富勒烯是碳的同素異形體，是由60個碳原子通過大π鍵體系構成的特別穩定的對稱足球狀分子，具有接受電子的獨特物理化學性質，因此具有作為聚合物太陽能電池受體材料的潛質。對富勒烯表面進行化學修飾制備出的新型富勒烯衍生物，可以大大提高接受電子的能力，同時可使溶解性增加，應用于聚合物太陽能電池時，可大大提高太陽能電池的性能。

發明內容

本發明的目的之一，是提供一種富勒烯衍生物，其作為聚合物太陽能電池受體材料，應用于聚合物太陽能電池的制備；

本發明的目的之二，是提供一種上述富勒烯衍生物的制備方法。

本發明的技術方案是：

一種富勒烯衍生物，該衍生物的化學式為[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸仲丁酯，結構如下式：

所述富勒烯衍生物作為電子受體材料應用于聚合物太陽能電池。

所述富勒烯衍生物的制備方法，包括步驟：

（1）、將4-苯甲酰基丁酸與仲丁醇進行酯化反應，得到4-苯甲酰基丁酸仲丁酯；

（2）、再將4-苯甲酰基丁酸仲丁酯與對甲苯磺酰肼溶于仲丁醇回流得到5-苯基-5-對甲苯磺酰肼基戊酸仲丁酯；

（3）、繼將5-苯基-5-對甲苯磺酰肼基戊酸仲丁酯與富勒烯（C₆₀）反應生成PC₆₁BSB（5,6）位物質；