一种新型高效PPV基有机光伏材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种新型高效PPV基有机光伏材料及其制备方法，该PPV基有机光伏材料选择二氯苄和碳纳米管为原料，以端基氯烯烃为交联剂，以路易斯酸或固体超强酸、自由基引发剂为催化剂，将PPV用化学键连接到碳纳米管上，形成一种新型高效PPV基有机光伏材料，其稳定性高，光电效率达到7%。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种新型高效PPV基有机光伏材料及其制备方法，属于新光电材料技术领域。

背景技术:

导电高分子材料特殊的结构以及优异的物理化学性能，使得其在能源（二次电池、太阳能电池、固体电池），光电器件，晶体管，镇流器，发光二极管（LED），传感器（气体和生物）,电磁屏蔽，隐身技术以及生命科学等方面具有广泛的应用前景。导电高分子材料聚对苯乙烯撑(PPV)由于具有优良的光电性质，是研究最多也是最有希望的光伏材料之一。PPV由于具有价廉、低毒、质轻、可调的光学性能、良好的成膜性能、较高的光电效率和发光性能以及很高的光吸收系数 (50Onm)，是最有希望和研究得最多的光电材料，它在光伏材料和发光二极管等领域有很好的应用前景。但是，单纯PPV作为光伏材料存在对太阳光利用率不高、载流子迁移率较低、稳定性不高等缺陷，制约了其实际应用。单纯的 PPV还不足以满足性能的要求，这就需要对PPV分子结构进行各种修饰和改性。由于发光材料和光伏材料对分子结构的要求有一定的差异，因此对PPV分子的改性措施也有所不同，因此在围绕提高光伏效率和材料稳定性等基础上，改进PPV光伏材料的性能成为有机光伏学术研究领域的热点。

现今高分子光伏电池最大的不足首先在于光电效率不高，迄今最高才接近5 %，这影响了高分子光伏电池的实际应用。其次，高分子光伏材料在有水和空气存在条件下，稳定性不高。光电效率不高的主要原因有两点：①吸收光谱和太阳能不匹配。大多数高分子活性材料(包括PPV)最大吸收波段在350-650nm之间，而太阳光最大光子流在600-800nm，两者不匹配。②激子的分离和载流子的传输存在障碍。即使在较为先进的分散异质结构模式中，电子给受体两相仍然存在宏观的相分离，使得大量光生激子还没有扩散到给受体界面时就复合了，因此不能有效分离正负电荷。同时，两相杂乱混合使正负载流子传输通道不畅，许多电荷在传输过程中复合，不能顺利到达两极。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种提高有机光伏材料的光电转换效率，使PPV分子与碳纳米管结合，提高PPV分子的吸收波段，生产过程低毒、无害、无污染的新型高效PPV基有机光伏材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：一种新型高效PPV基有机光伏材料，其特征在于其分子结构如下：

A、          选择PPV和碳纳米管为基本结构；

B、          中间以碳长链连接，m为1—4，n为20—1000 。

 一种新型高效PPV基有机光伏材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a、选择二氯苄和碳纳米管为原料，端基氯代烯烃为交联剂，以路易斯酸或固体超强酸、自由基引发剂为催化剂，以苯类、酮类、醇类中的至少一种溶剂作为媒介，在-10℃至90℃反应；

b、反应时间16小时至22小时，反应结束后过滤得到粗产物；

c、采用抽提工艺对得到的反应产物进行提纯，得到产品。

为了进一步实现本发明的目的，所述的路易斯酸为氯化铝、氯化铁、三氟化硼、五氯化铌以及镧系元素的三氟甲磺酸盐中的至少一种。

为了进一步实现本发明的目的，所述的自由基引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

为了进一步实现本发明的目的，所述的苯类为甲苯、二甲苯、乙苯中的一种。

为了进一步实现本发明的目的，所述的酮类为丙酮、丁酮、环己酮中的一种。

为了进一步实现本发明的目的，所述的醇类为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的一种。

本发明同已有技术相比可产生如下积极效果：本发明对于PPV光伏材料进行改进研究，把给受体部分通过共价键连接在一个分子里，通过精确控制活性材料微观形态，保持良好的给受体纳米尺度的相分离和连续的正负电荷各自传输通道，制备出 “双缆”(双通道)分异质结光伏材料。本发明利用高分子化学和光学相关理论，设计一种新型有机光伏材料的分子结构，通过合成工艺，制备了一种新型高效有机光伏材料，这种新型高效有机光伏材料达到在光伏器件上应用的技术指标，大大地提高了二氯苄的工业价值，采用这种新型高效光伏材料蒸镀成得到导电膜，表面光洁度均达到国家标准，生产过程低毒、无害、无污染。本发明根据光学原理，使PPV分子与碳纳米管结合，从而使光伏材料的吸收谱带变宽为350-800nm，可提高光伏器件的光电转换效率，并可以创造出巨大的社会和经济效益。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式做详细说明：

实施例1：

准确称量二氯苄10—15g，碳纳米管0.3—4.5g，放入500mL反应器中，向反应器中加入10—45mL丙酮，5—15mL 3-氯丙烯，再加入0.2—1g 无水三氯化铝，0.2—0.5g 过硫酸铵，将反应器放入冰水浴中在-10℃至0℃反应12小时，再加入0.2—0.5g 过硫酸铵，0℃至90℃反应4小时后过滤，得到的粗产物13—16g，采用成本较低的抽提工艺（乙醇作溶剂）进行抽提，得到产品12—14g；该PPV基有机光伏材料的分子结构式为：

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实施例2：

准确称量二氯苄10—15g，碳纳米管0.3—4.5g，放入500mL反应器中，向反应器中加入10—45mL 二甲苯，5—15mL 4-氯丁烯，再加入0.2—1g 无水三氯化铁，将反应器放入冰水浴中在-10℃至0℃反应18小时，再加入0.2—0.5g 过硫酸钾，0℃至90℃反应4小时后，过滤，得到的粗产品13—16g，采用成本较低的抽提工艺（异丙醇作溶剂）进行抽提，得到产品12—14g；该PPV基有机光伏材料的分子子结构式为：

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实施例3：

准确称量二氯苄样品10—15kg，碳纳米管样品0.3—4.5kg，放入50L反应器中，向反应器中加入5—25L甲醇，5—10 L 5-氯戊烯，再加入0.2—1 kg 三氟化硼，将反应器放入冰水浴中在-10℃至0℃反应12小时，再加入0.2—0.5g 过硫酸铵，0℃至90℃反应4小时后过滤，过滤，得到的粗产品13—16 kg，采用成本较低的抽提工艺（丙醇作溶剂）进行抽提，得到产品12—14g；该PPV基有机光伏材料的分子子结构式为：

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实施例4：

准确称量二氯苄样品10—15kg，碳纳米管样品0.3—4.5kg，放入50L反应器中，向反应器中加入5—25L甲苯，5—10 L 5-氯己烯，再加入0.2—1 kg固体超强酸（SbF₅-Si0₂-A1₂0₃），将反应器放入冰水浴中在-10℃至0℃反应12小时，再加入0.2—0.5g 过硫酸铵，0℃至90℃反应4小时后过滤，过滤，得到的粗产品13—16 kg，采用成本较低的抽提工艺（丙醇作溶剂）进行抽提，得到产品12—14g；该PPV基有机光伏材料的分子子结构式为：

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以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。