[发明专利]一种具有强光伏响应的P-型有机半导体的制备方法及其应用

摘要

一种具有强光伏响应的P‑型有机半导体的制备方法及其应用，本发明涉及有机半导体领域。本发明是要解决目前存在有机太阳能染料电池中转化效率低的技术问题。该P‑型有机半导体，具体为卟啉二聚物；制备方法：一、制备二聚L‑谷氨酸和氨基被保护的谷氨酸；二、制备四聚L‑谷氨酸；三、制备六聚L‑谷氨酸；四、制备终产物卟啉二聚物。本发明以六聚L‑谷氨酸为桥联基键联两个单羟基苯基卟啉的卟啉二聚物，该二聚物具有覆盖较宽的太阳能波谱范围，在ITO玻璃低物上制备的薄膜器件中，其吸收光谱范围从300nm到850nm，其光伏响应强度比单羟基苯基卟啉单体高出大约12倍。本发明制备的P‑型有机半导体材料作为光活性材料在染料敏化太阳能电池中有潜在的应用价值。

主权项

1.一种具有光伏响应的卟啉二聚物的制备方法，其特征在于该方法具体按照以下步骤进行：一、将12.4～14.7克L－谷氨酸和100～150毫升水混合均匀，控制搅拌速度为800～1200r/min，搅拌至L－谷氨酸完全溶解，加入16～20克醋酸酐，然后加热至80～90℃，继续控制搅拌速度为800～1200r/min，搅拌30～50分钟，冷却到室温，控制温度为‑20℃，保持12～24h，然后抽滤，利用0～4℃的冰水洗涤滤层，自然晾干后在60～80℃条件下，进行真空升华分离，得到升华的二聚L‑谷氨酸和不升华的氨基被保护的谷氨酸；二、将50～71毫升二氯亚砜和120～128毫克步骤一得到的二聚L‑谷氨酸在室温条件下混合均匀，加热到76～80℃，保持该反应条件继续反应2～4小时，然后在减压条件下，蒸馏直到无馏分蒸出为止，得到反应液，控制搅拌速度为800～1200r/min，将反应液冷却到室温，再加入29.4～35毫克L‑谷氨酸，并且继续搅拌反应6～8小时，加入100～200毫升二次蒸馏水，控制温度为0～4℃过滤，向滤液中加入12～16克醋酸酐，加热至80～90℃，连续搅拌30～50分钟，然后在温度为‑20℃条件下保持8～12h，过滤，将滤液减压蒸馏浓缩，然后在温度为60～80℃真空条件下干燥，得到四聚L‑谷氨酸；三、将50～71毫升二氯亚砜和110～128毫克步骤二得到的四聚L‑谷氨酸在室温条件下混合均匀，加热到70～90℃，保持1.5～2小时，再加入20～30毫升无水二甲基亚砜，在减压条件下，蒸馏直到无馏分蒸出为止，然后冷却到室温，再加入20.4～29.4毫克L‑谷氨酸，并且继续反应6～8小时，然后加入100～200毫升二次蒸馏水，控制温度为0～4℃过滤，向滤液中加入12～16毫升醋酸酐，加热至80～90℃，控制转速为800‑1200转/分钟，连续搅拌30～50分钟，然后在温度为‑20℃条件下保持8～12h，过滤，将滤液减压蒸馏浓缩，然后在60～80℃真空条件下干燥，得到六聚L‑谷氨酸；四、将15～20毫升二氯亚砜和77.5～80毫克步骤三得到的六聚L‑谷氨酸在室温条件下混合均匀，加热到80～90℃保持2～4小时，加入5～10毫升无水N,N‑二甲基甲酰胺，在减压条件下，除去未反应的二氯亚砜，然后搅拌冷却到室温，加入150～200毫升5‑(4‑羟基苯基)‑10,15,20‑三苯基卟啉的N,N‑二甲基甲酰胺溶液，其中5‑(4‑羟基苯基)‑10,15,20‑三苯基卟啉的质量为124.4～157.8毫克，继续反应4～6小时，并加热到90～100℃，回流1.5小时，然后搅拌冷却到室温，加入30～50毫升二次蒸馏水，再加热到90～100℃，回流1.5小时，搅拌冷却到室温，调节pH值为6.5～7，在减压条件下，除去N,N‑二甲基甲酰胺和水，真空干燥，得到紫红色粉末，然后将紫红色粉末溶解在甲醇和氯仿的混合液中，加载到硅胶柱，进行柱层析，首先以氯仿为淋洗剂，得到第一色谱带，为未完全反应的5‑(4‑羟基苯基)‑10,15,20‑三苯基卟啉，然后以甲醇和氯仿为淋洗剂，收集第二色谱带，得到卟啉二聚物，然后将其浓缩，真空干燥，完成所述卟啉二聚物的制备方法。