一种酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料及其制备方法和应用，属于有机太阳能电池技术领域。本发明专利技术以酰亚胺结构单元为修饰基团，以结构简单的Lindqvist型钼氧多金属氧簇为核心结构，多金属氧簇类化合物的电导率较高，而酰亚胺类分子的电子迁移率较高，具有优异的电子传输能力，结合Lindqvist型的钼氧簇和酰亚胺类有机材料形成的复合物有着较高的电导率，因而该材料的薄膜厚度不敏感性好。该杂化材料结构简单且精确、可修饰性强、厚度不敏感且能量转换效率高，作为电子传输层材料在富勒烯受体及非富勒烯受体中均能表现出良好的性能以及膜厚不敏感性，因此在有机太阳能电池中具有较好的普适性。池中具有较好的普适性。池中具有较好的普适性。

【技术实现步骤摘要】
一种酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及有机太阳能电池
，尤其涉及一种酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，有机光伏蓬勃发展，其能量转换效率节节攀升。在万物互联的大背景之下，有机光伏具备质轻、可溶液加工及卷对卷生产等优势，在可穿戴设备、物联网及智能玻璃等领域具有极大的应用潜力。得益于研究者对光捕获层材料的不断设计开发，有机太阳能电池的光捕获能力不断提升，其能量转换效率已经超过19％，意味着有机太阳能电池的产业化进程被进一步缩短。尽管有机太阳能电池的光捕获能力十分重要，但是其对电荷的传输以及提取能力亦不容忽视。阴极界面层位于活性层与金属电极之间，可以有效降低两者之间的肖特基势垒以及阻挡空穴的进入，从而十分有效的促进有机太阳能电池对电荷的传输及提取过程。在众多的阴极界面材料中，有机
‑
无机杂化阴极界面材料兼具有机阴极界面材料易于使用绿色溶剂加工与无机阴极界面材料迁移率高的优点而广受研究者的关注。其中，多金属氧簇类阴极界面材料备受青睐。研究至今，多金属氧簇应用于有机太阳能电池作为阴极界面层的报道并不多。究其原因，其作为阴极界面层的材料种类较少，大多数集中于磷钼酸、硅钨酸等Anderson或Keggin型结构，这些材料结构普遍较为复杂，且存在进行有机后修饰较为困难以及作为有机阴极界面层薄膜厚度敏感等不足，从而导致器件性能差异大，良品率低，影响商业化生产。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料及其制备方法和应用，结构简单且精确、薄膜厚度不敏感。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料，具有式1所示结构：
[0006][0007]式1中，Ar为多苯环芳香稠环单元，R1为甲基、乙基或异丙基；R2为直链烷基、含支链烷基或胺基烷基。
[0008]优选的，所述Ar为：
[0009][0010]其中，R3为C1～C12直链烷基。
[0011]优选的，所述R2为：
[0012][0013]其中，n＝1～18且n为整数；m＝1～6且m为整数。
[0014]本专利技术提供了上述技术方案所述酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]将(Bu4N)4[α
‑
Mo8O
26
]、式2所示结构的化合物1、脱水剂和第一有机溶剂混合，进行脱水反应，得到式3所示结构的化合物2；
[0016]将所述式3所示结构的化合物2、式4所示结构的化合物3、催化剂、还原剂和第二有机溶剂混合，进行Sonagashira反应，得到酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料；
[0017][0018]优选的，所述脱水剂为二环己基碳二亚胺或(1
‑
乙基
‑3‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐)。
[0019]优选的，所述(Bu4N)4[
‑
Mo8O
26
]、化合物1和脱水剂的摩尔比为1:(2.1～3.0):(1.0～3.0)；所述脱水反应的时间为7～24h，温度为85～120℃。
[0020]优选的，所述催化剂为二氯二三苯基膦钯和碘化亚铜；所述二氯二三苯基膦钯与
碘化亚铜的摩尔比为1:4；所述二氯二三苯基膦钯的摩尔量为所述化合物2摩尔量的3～5％，所述碘化亚铜的摩尔量为所述化合物2摩尔量的的12～20％。
[0021]优选的，所述化合物2和化合物3的摩尔比为1:(2.1～3.0)；所述还原剂包括三乙胺。
[0022]优选的，所述Sonagashira反应的温度为室温，时间为40～60min。
[0023]本专利技术提供了上述技术方案所述酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料或上述技术方案所述制备方法制备的酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料作为电子传输层材料在太阳电池中的应用。
[0024]本专利技术提供了一种酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料，以酰亚胺结构单元为修饰基团，以结构简单的Lindqvist型钼氧多金属氧簇为核心结构，Lindqvist型的钼氧簇为正八面体结构，其不仅具有电子传输性质而且可以选择性得到单、双官能团后修饰衍生物。钼氧簇本质上为金属氧化物，其化学稳定性高，自身热稳定高；而酰亚胺类分子为共轭稠环分子，化学稳定性好，热稳定性也较高，因此两者结合形成的复合物表现出高的热稳定性。多金属氧簇类化合物的电导率较高，而酰亚胺类分子的电子迁移率较高，具有优异的电子传输能力，结合Lindqvist型的钼氧簇和酰亚胺类有机材料形成的复合物有着较高的电导率，因而本专利技术提供的杂化材料的薄膜厚度不敏感性好，且结构简单且精确、结构可调整、能量转换效率高，作为电子传输层材料在富勒烯受体及非富勒烯受体中均能表现出良好的性能以及膜厚不敏感性，因此在有机太阳能电池中具有较好的普适性。
[0025]本专利技术提供了所述酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料的制备方法，通过简单的有机合成反应和步骤即可得到具有良好的可绿色溶剂加工的有机
‑
无机杂化的电子传输层材料，为其应用于可溶液加工、卷对卷大面积生产的有机太阳能电池中提供保障。结果表明，本专利技术所提供的酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料具有热稳定性好、对薄膜厚度不敏感以及具有较高的普适性等特点，随着传输层材料浓度和厚度(8～42nm)的改变，器件仍能保持理想的光电转换效率和稳定的性能。本专利技术的合成方法简单高效，且稳定性和重复性好，成本低、具有普适性，易于规模化生产。
附图说明
[0026]图1为实施例1中化合物4的核磁共振氢谱图；
[0027]图2为实施例1中化合物4的高分辨质谱图；
[0028]图3为基于PM6:BTP
‑
BO
‑
4Cl体系，POM_PBIs电子传输层在不同薄膜厚度下的J
‑
V曲线图；(a)8nm，(b)17nm，(c)26nm和(d)41nm；
[0029]图4为基于PM6:BTP
‑
BO
‑
4Cl体系，POM_PBIs电子传输层在不同薄膜厚度下的外量子效率(EQE)曲线图；(a)8nm，(b)17nm，(c)26nm和(d)41nm；
[0030]图5为基于PTB7
‑
Th:PC71BM体系，POM_PBIs电子传输层在不同薄膜厚度下的J
‑
V曲线图；(a)11nm，(b)19nm，(c)28nm和(d)42nm；
[0031]图6为基于PTB7
‑
Th:PC71BM体系，POM_PBIs电子传输层在不同薄膜厚度下的EQE曲线图；(a)11nm，(b)19nm，(c)28nm和(d)42nm；
[0032]图7为实施例1制备的POM_PBIs在不同体系中的AFM形貌图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料，具有式1所示结构：式1中，Ar为多苯环芳香稠环单元，R1为甲基、乙基或异丙基；R2为直链烷基、含支链烷基或胺基烷基。2.根据权利要求1所述的酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料，其特征在于，所述Ar为：其中，R3为C1～C12直链烷基。3.根据权利要求1所述的酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料，其特征在于，所述R2为：其中，n＝1～18且n为整数；m＝1～6且m为整数。4.权利要求1～3任一项所述酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料的制备方法，包括以下步骤：将(Bu4N)4[α
‑
Mo8O
26
]、式2所示结构的化合物1、脱水剂和第一有机溶剂混合，进行脱水反应，得到式3所示结构的化合物2；将所述式3所示结构的化合物2、式4所示结构的化合物3、催化剂、还原剂和第二有机溶剂混合，进行Sonagashira反应，得到酰亚胺钼氧簇有机无机杂化材料；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述脱水剂为二环己基碳二亚胺或(1
‑
乙基
‑3‑
(3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏冬冬，赵朝委，方洁，谢谦，张月凤，游胜勇，李韦伟，
申请(专利权)人：江西省科学院应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：