RU2287483C1 - Derivatives of fullerenes, method for their preparing and photovoltaic device - Google Patents
Derivatives of fullerenes, method for their preparing and photovoltaic device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2287483C1 RU2287483C1 RU2005122356/04A RU2005122356A RU2287483C1 RU 2287483 C1 RU2287483 C1 RU 2287483C1 RU 2005122356/04 A RU2005122356/04 A RU 2005122356/04A RU 2005122356 A RU2005122356 A RU 2005122356A RU 2287483 C1 RU2287483 C1 RU 2287483C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fullerene
- derivatives
- fullereno
- hydro
- tetra
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к соединениям углерода, а именно - производным фуллерена, предназначенным для использования в полупроводниковых приборах, чувствительных к электромагнитному излучению, в частности - в фотовольтаических солнечных элементах.The invention relates to carbon compounds, namely, fullerene derivatives, intended for use in semiconductor devices sensitive to electromagnetic radiation, in particular in photovoltaic solar cells.
Известно, что полупроводниковое устройство, содержащее тонкий слой органического полисопряженного полимера поли(2-метокси-5-(2'-этилгексилокси)-1,4-фениленвинилена (MEH-PPV), помещенный между металлическим электродом и прозрачным электродом из проводящего оксида индия-олова (ITO) обладает фоточувствительностью (фотовольтаическим эффектом) и может использоваться для преобразования энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию [Патент США 5504323 (1996)]. Известно, что эффективность такого фотовольтаического преобразователя может быть существенно повышена при введении в устройство дополнительного органического слоя, примыкающего к слою MEH-PPV и состоящего из фуллерена (например, С60) [Патент США 5331183 (1994); Патент США 5454880 (1995)]. Повышение эффективности объясняется тем, что образующиеся при фотовозбуждении полимера носители заряда (электроны) в результате фотоиндуцированного переноса переходят на молекулы фуллерена, обладающие хорошими акцепторными свойствами, что, в свою очередь, приводит к эффективному разделению электрических зарядов, образующихся при фотогенерации [Патент США 5331183 (1994); С.Lee et al. Phys. Rev. V.48, p.15425-15433 (1993)]. Другим следствием переноса фотовозбужденных электронов с полимера на фуллерен является тушение фотолюминесценции полимера [Патент США 5331183 (1994)]. Таким образом, тушение фотолюминесценции полимера может служить индикатором эффективности взаимодействия фуллерена с полимером.It is known that a semiconductor device containing a thin layer of an organic polyconjugated polymer of poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene (MEH-PPV), placed between a metal electrode and a transparent electrode of conductive indium oxide tin (ITO) has a photosensitivity (photovoltaic effect) and can be used to convert electromagnetic radiation energy into electrical energy [US Patent 5504323 (1996)]. It is known that the efficiency of such a photovoltaic converter can be significantly enhanced when administered to the device additional organic layer adjacent to the layer of MEH-PPV and consisting of fullerene (e.g., C 60). [U.S. Patent No. 5,331,183 (1994); U.S. Patent 5,454,880 (1995)] the efficiency Increase because formed by photoexcitation of the polymer, the charge carriers (electrons) as a result of photo-induced transfer pass to fullerene molecules with good acceptor properties, which, in turn, leads to the efficient separation of electric charges generated during photo-generation [P U.S. Patent 5,331,183 (1994); C. Lee et al. Phys. Rev. V. 48, p. 15425-15433 (1993)]. Another consequence of the transfer of photoexcited electrons from the polymer to fullerene is the quenching of the photoluminescence of the polymer [US Patent 5331183 (1994)]. Thus, quenching of the photoluminescence of the polymer can serve as an indicator of the effectiveness of the interaction of fullerene with the polymer.
Эффективность фотвольтаического устройства на основе системы полимер/фуллерен может быть дополнительно повышена, если вместо двухслойного устройства (пленка полимера - пленка фуллерена) применяется однослойное устройство, в котором активный слой состоит из смеси полимера с фуллереном. В этом случае взаимодействие полимер-фуллерен происходит не только на поверхности, но и в объеме пленки, что увеличивает количество взаимодействующих молекул и, как следствие, увеличивает эффективность разделения зарядов. Композитная пленка, содержащая смесь полимера с фуллереном в качестве акцептора электронов может быть приготовлена методом полива из раствора, содержащего полимер и фуллерен в необходимых пропорциях. Однако приготовление пленок, содержащих фуллерен С60, затруднено вследствие недостаточно высокой растворимости С60 в обычных растворителях. Другая проблема, возникающая при приготовлении композитных пленок полимер/фуллерен, - морфологическая совместимость полимерной и фуллереновой составляющих. Для эффективного переноса заряда на акцептор необходима, в частности, большая поверхность соприкосновения полимера и фуллерена, что определяется внутренней структурой (морфологией) композита полимер/фуллерен [C.J.Brabec et al. Monatchefte fur Chemie, v.132, p.421 (2001)]. В связи с этим возникает проблема поиска производных фуллеренов, обладающих достаточно высокой растворимостью, высокой электронно-акцепторной способностью (по крайней мере, не хуже, чем у С60) и характеризующихся высокой эффективностью переноса заряда в композите полимер/фуллерен.The efficiency of a photovoltaic device based on the polymer / fullerene system can be further enhanced if, instead of a two-layer device (polymer film - fullerene film), a single-layer device is used in which the active layer consists of a mixture of polymer with fullerene. In this case, the polymer-fullerene interaction occurs not only on the surface, but also in the bulk of the film, which increases the number of interacting molecules and, as a result, increases the efficiency of charge separation. A composite film containing a mixture of polymer with fullerene as an electron acceptor can be prepared by irrigation from a solution containing polymer and fullerene in the required proportions. However, the preparation of films containing C 60 fullerene is difficult due to the insufficiently high solubility of C 60 in conventional solvents. Another problem that arises in the preparation of polymer / fullerene composite films is the morphological compatibility of the polymer and fullerene components. Effective charge transfer to the acceptor requires, in particular, a large contact surface between the polymer and fullerene, which is determined by the internal structure (morphology) of the polymer / fullerene composite [CJBrabec et al. Monatchefte fur Chemie, v. 132, p. 421 (2001)]. In this regard, the problem of searching for fullerene derivatives with sufficiently high solubility, high electron-acceptor ability (at least no worse than C 60 ) and characterized by high charge transfer efficiency in the polymer / fullerene composite arises.
Известно, что фотоиндуцированный перенос заряда от полимера к фуллерену приводит к тушению фотолюминесценции полимера [Патент США 5331183 (1194); L.Smilowitz et al., Phys. Rew. v.B47, 13835 (1193)]. Наличие свойства тушения фотолюминесценции полимера является необходимым условием применения производного фуллерена в качестве акцептора электронов в композитной системе полимер/фуллерен [N.S.Sariciftci, Materials Today, Sept.2004, p.36]. Поэтому эффективность переноса заряда в композитах полимер/фуллерен может быть оценена по зависимости интенсивности фотолюминесценции полимера от концентрации фуллерена в композите. При отсутствии пространственных затруднений для контакта молекул фуллерена с молекулами полимера увеличение концентрации фуллерена будет приводить к уменьшению интенсивности люминесценции.It is known that photo-induced charge transfer from the polymer to fullerene leads to quenching of the photoluminescence of the polymer [US Patent 5331183 (1194); L. Smilowitz et al., Phys. Rew. v. B47, 13835 (1193)]. The presence of quenching of the photoluminescence of the polymer is a prerequisite for the use of the fullerene derivative as an electron acceptor in the polymer / fullerene composite system [N.S. Sariciftci, Materials Today, Sept. 2004, p. 36]. Therefore, the charge transfer efficiency in polymer / fullerene composites can be estimated from the dependence of the photoluminescence intensity of the polymer on the concentration of fullerene in the composite. In the absence of spatial difficulties for the contact of fullerene molecules with polymer molecules, an increase in the concentration of fullerene will lead to a decrease in the luminescence intensity.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является фотовольтаическое устройство, содержащее в качестве активного слоя смесь (композит) полисопряженного полимера поли(2-метокси-5-(2'-этилгексилокси)-1,4-фениленвинилена (MEH-PPV) и производного фуллерена метилового эфира [6,6]-фенил-С61-масляной кислоты (РСВМ) в соотношении 1:4, помещенную между электродами из ITO и алюминия [F.L.Zhang et al. Synthetic Metals v.137, p.1401 (2003)]. Недостатком этого устройства является то, что применяемое в нем производное фуллерена РСВМ обладает менее высокой электронно-акцепторной способностью, чем С60: первый окислительно-восстановительный потенциал, определенный для этого соединения по данным электрохимических измерений, на 0,09 В более отрицательный, чем потенциал С60, измеренный в тех же условиях [C.J.Brabec et al. Thin Solid Films v.403-404, p.368 (2002)].Closest to the proposed invention is a photovoltaic device containing as an active layer a mixture (composite) of a polyconjugated polymer of poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene (MEH-PPV) and a fullerene methyl ester derivative [6,6] -phenyl-C 61 -butyric acid (PCBM) in a 1: 4 ratio placed between ITO and aluminum electrodes [FLZhang et al. Synthetic Metals v.137, p.1401 (2003)]. device is that the PCVM fullerene derivative used in it has a lower electron-acceptor method than C 60 : the first redox potential determined for this compound by electrochemical measurements is 0.09 V more negative than C 60 measured under the same conditions [CJBrabec et al. Thin Solid Films v.403 -404, p. 368 (2002)].
Задачей настоящего изобретения является синтез новых растворимых производных фуллеренов, характеризующихся высокой эффективностью взаимодействия с фотовозбужденным полимером и обладающих более высокой электронно-акцепторной способностью по сравнению с С60, а также создание фотовольтаических устройств на основе производных фуллеренов, обладающих указанными свойствами.The objective of the present invention is the synthesis of new soluble derivatives of fullerenes, characterized by high efficiency of interaction with a photoexcited polymer and having a higher electron-acceptor ability compared with C 60 , as well as the creation of photovoltaic devices based on derivatives of fullerenes having these properties.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемое фотовольтаическое устройство содержит ранее не описанные производные фуллеренов, содержащие органические амины и атомы водорода, присоединенные к молекуле фуллерена С60 по 6,6-двойным связям, общей формулыThe problem is solved in that the proposed photovoltaic device contains previously not described derivatives of fullerenes containing organic amines and hydrogen atoms attached to a C 60 fullerene molecule by 6.6-double bonds, of the general formula
C60Hn(R1R2N)n,C 60 H n (R 1 R 2 N) n ,
где R1=С6Н5СН2, R2=С6Н5СН2, n=4 (тетра(дибензиламино-гидро)[60]фуллерен), например,where R 1 = C 6 H 5 CH 2 , R 2 = C 6 H 5 CH 2 , n = 4 (tetra (dibenzylamino-hydro) [60] fullerene), for example,
или R1=С5Н9, R2=Н, n=3 (три(циклопентиламино-гидро)[60]фуллерен), например,or R 1 = C 5 H 9 , R 2 = H, n = 3 (three (cyclopentylamino hydro) [60] fullerene), for example,
Поставленная задача решается также тем, что предлагаемое фотовольтаическое устройство содержит производное фуллерена формулы C60H4(C6H5CH2NH)4, (тетра(дибензиламино-гидро)[60]фуллерен), например,The problem is also solved by the fact that the proposed photovoltaic device contains a fullerene derivative of the formula C 60 H 4 (C 6 H 5 CH 2 NH) 4 , (tetra (dibenzylamino-hydro) [60] fullerene), for example,
Поставленная задача решается также тем, что предлагаемое фотовольтаическое устройство содержит азагомо[60]фуллерен, содержащий атом азота, присоединенный к фуллерену С60 по 5,6-открытой связи, причем к атому азота присоединен один из радикалов:The problem is also solved by the fact that the proposed photovoltaic device contains azagomo [60] fullerene containing a nitrogen atom attached to fullerene C 60 through a 5.6-open bond, and one of the radicals is attached to the nitrogen atom:
- 5-нитропиримидин;- 5-nitropyrimidine;
- 1,3-дипропил-5-(5'-пентил)-1,3,5-триазин-2,4,6-(1H,3Н,5H)трион- 1,3-dipropyl-5- (5'-pentyl) -1,3,5-triazine-2,4,6- (1H, 3H, 5H) trion
- O,O-дибутилфосфат- O, O-dibutyl phosphate
2-(азагомо[60]фуллерено)-5-нитропиримидин2- (azagomo [60] fullereno) -5-nitropyrimidine
1,3-дипропил-5-[5'-(азагомо[60]фуллерено)пентил]-1,3,5-триазин-2,4,6(1H,3Н,5Н)-трион, где All=CH2CH-CH2 1,3-dipropyl-5- [5 '- (azagomo [60] fullereno) pentyl] -1,3,5-triazine-2,4,6 (1H, 3H, 5H) -trion, where All = CH 2 CH-CH 2
O,O-дибутил(азагомо[60]фуллерено)фосфатO, O-dibutyl (azagomo [60] fullereno) phosphate
Поставленная задача решается также тем, что в способе получения производных фуллеренов, содержащих органические амины и атомы водорода, присоединенные к молекуле фуллерена С60 по 6,6-двойным связям, реакцию взаимодействия С60 с соответствующим органическим амином проводят в ароматическом растворителе при избытке амина и при температуре 25-70°С в течение 2-5 суток, затем раствор упаривают и высаживают продукт добавлением спирта. При этом в качестве ароматического растворителя предпочтительно берут толуол, а в качестве спирта предпочтительно берут метанол.The problem is also solved by the fact that in the method of producing derivatives of fullerenes containing organic amines and hydrogen atoms attached to the C 60 fullerene molecule by 6.6 double bonds, the C 60 reaction with the corresponding organic amine is carried out in an aromatic solvent with an excess of amine and at a temperature of 25-70 ° C for 2-5 days, then the solution is evaporated and the product is precipitated by the addition of alcohol. In this case, toluene is preferably taken as an aromatic solvent, and methanol is preferably taken as an alcohol.
Поставленная задача решается также тем, что предлагаемое фотовольтаическое устройство содержит в качестве активного слоя смесь полисопряженного полимера и производных фуллеренов, причем в качестве производных фуллеренов оно содержит вещества или их смеси, выбранные из группы:The problem is also solved by the fact that the proposed photovoltaic device contains as an active layer a mixture of a polyconjugated polymer and fullerene derivatives, and as a fullerene derivative, it contains substances or mixtures thereof selected from the group:
Тетра(бензиламино-гидро)[60]фуллерен,Tetra (benzylamino-hydro) [60] fullerene,
Тетра(дибензиламино-гидро)[60]фуллерен,Tetra (dibenzylamino-hydro) [60] fullerene,
Три(циклопентиламино-гидро)[60]фуллерен,Three (cyclopentylamino hydro) [60] fullerene,
2-(азагомо[60]фуллерено)-5-нитропиримидин,2- (azagomo [60] fullereno) -5-nitropyrimidine,
1,3-дипропил-5-[5'-(азагомо[60]фуллерено)пентил]-1,3,5-триазин-2,4,6(1Н,3Н,5Н)-трион,1,3-dipropyl-5- [5 '- (azagomo [60] fullereno) pentyl] -1,3,5-triazine-2,4,6 (1H, 3H, 5H) -trion,
O,O-дибутил(азагомо[60]фуллерено)фосфат.O, O-dibutyl (azagomo [60] fullereno) phosphate.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами:The invention is illustrated by the following examples:
Пример 1. Синтез тетра(бензиламино-гидро)[60]фуллерена. Толуольный раствор (50 мл), содержащий С60 (20 мг, 0.028 ммоль) и 5 кратный избыток бензиламина (16.6 мг, 0.14 ммоль) помещали в стеклянную колбу. Смесь при атмосфере аргона, температуре 30°С перемешивали 3 суток. Полноту реакции контролировали методом тонкослойной хроматографии. Смесь фильтровали, растворитель и амин частично удаляли в вакууме, затем смесь обрабатывали метанолом. Выпавший осадок центрифугировали, несколько раз промывали метанолом, сушили в вакууме. Выход сухого продукта 19.7 мг (80%). Элементный анализ, найдено (%): С, 91.56; Н, 3.12; N, 5.02. С88Н36N4. Вычислено (%): С, 91.98; Н, 3.14; N, 4.88.Example 1. Synthesis of tetra (benzylamino-hydro) [60] fullerene. A toluene solution (50 ml) containing C 60 (20 mg, 0.028 mmol) and a 5-fold excess of benzylamine (16.6 mg, 0.14 mmol) were placed in a glass flask. The mixture was stirred for 3 days under an argon atmosphere at 30 ° C. The completeness of the reaction was monitored by thin layer chromatography. The mixture was filtered, the solvent and amine were partially removed in vacuo, then the mixture was treated with methanol. The precipitate was centrifuged, washed several times with methanol, and dried in vacuo. The yield of dry product is 19.7 mg (80%). Elemental analysis, found (%): C, 91.56; H, 3.12; N, 5.02. C 88 H 36 N 4 . Calculated (%): C, 91.98; H, 3.14; N, 4.88.
Пример 2. Синтез тетра(дибензиламино-гидро)[60]фуллерена.Example 2. Synthesis of tetra (dibenzylamino-hydro) [60] fullerene.
Толуольный раствор (100 мл), содержащий С60 (93.60 мг, 0.13 ммоль) и 5 кратный избыток дибензиламина (97.5 мг, 0.65 ммоль) помещали в стеклянную колбу. Смесь при температуре 27°С перемешивали 4 суток в атмосфере воздуха. Полноту реакции контролировали методом тонкослойной хроматографии. Смесь фильтровали, растворитель и амин частично удаляли в вакууме, затем смесь обрабатывали метанолом. Выпавший осадок центрифугировали, несколько раз промывали метанолом, сушили в вакууме. Выход сухого продукта 96 мг (56%). Элементный анализ, найдено (%): С, 92.76; Н, 3.69; N, 3.69. С116H60N4. Вычислено (%): С, 92.31; Н, 3.98; N, 3.71.A toluene solution (100 ml) containing C 60 (93.60 mg, 0.13 mmol) and a 5-fold excess of dibenzylamine (97.5 mg, 0.65 mmol) were placed in a glass flask. The mixture was stirred at 27 ° C. for 4 days in an atmosphere of air. The completeness of the reaction was monitored by thin layer chromatography. The mixture was filtered, the solvent and amine were partially removed in vacuo, then the mixture was treated with methanol. The precipitate was centrifuged, washed several times with methanol, and dried in vacuo. The dry yield of 96 mg (56%). Elemental analysis, found (%): C, 92.76; H, 3.69; N, 3.69. C 116 H 60 N 4 . Calculated (%): C, 92.31; H, 3.98; N, 3.71.
Пример 3. Синтез три(пиклопентиламино-гидро)[60]фуллерена.Example 3. Synthesis of three (piclopentylamino-hydro) [60] fullerene.
Толуольный раствор (50 мл), содержащий С60 (20 мг, 0.028 ммоль) и 5 кратный избыток циклопентиламина (11.9 мг, 0.14 ммоль) помещали в стеклянную колбу. Смесь при атмосфере аргона, температуре 25°С перемешивали 4 суток. Полноту реакции контролировали методом тонкослойной хроматографии. Смесь фильтровали, растворитель и амин частично удаляли в вакууме, затем смесь обрабатывали метанолом. Выпавший осадок центрифугировали, несколько раз промывали метанолом, сушили в вакууме. Выход сухого продукта 16 мг (75%). Элементный анализ, найдено (%): С, 92.94; Н, 3.36; N, 4.36. C75H33N3. Вычислено (%): С, 92.31; Н, 3.38; N, 4.31.A toluene solution (50 ml) containing C 60 (20 mg, 0.028 mmol) and a 5-fold excess of cyclopentylamine (11.9 mg, 0.14 mmol) were placed in a glass flask. The mixture under argon atmosphere, temperature 25 ° C. Was stirred for 4 days. The completeness of the reaction was monitored by thin layer chromatography. The mixture was filtered, the solvent and amine were partially removed in vacuo, then the mixture was treated with methanol. The precipitate was centrifuged, washed several times with methanol, and dried in vacuo. The dry product yield is 16 mg (75%). Elemental analysis, found (%): C, 92.94; H, 3.36; N, 4.36. C 75 H 33 N 3 . Calculated (%): C, 92.31; H, 3.38; N, 4.31.
Пример 4. Оценка электронно-акцепторной способности производных фуллерена по электрохимическим данным.Example 4. Evaluation of the electron-acceptor ability of fullerene derivatives according to electrochemical data.
В качестве меры электронно-акцепторной способности производных фуллерена приняты первые потенциалы окисления-восстановления, измеренные методом циклической вольтамперометрии в смеси о-дихлорбензол/ацетонитрил с применением стеклоуглеродного электрода и поддерживающего электролита 0,1 М Bu4NBF4 относительно электрода сравнения 0,01 М Ag/AgNO3. Для сравнения тем же методом измерен первый потенциал окисления-восстановления фуллерена С60. Разности между пиковыми значениями первых потенциалов окисления-восстановления производных фуллерена и С60 приведены в таблице.The first oxidation-reduction potentials measured by cyclic voltammetry in a mixture of o-dichlorobenzene / acetonitrile using a glassy carbon electrode and a supporting electrolyte of 0.1 M Bu 4 NBF 4 relative to the reference electrode of 0.01 M Ag were taken as a measure of the electron-acceptor ability of fullerene derivatives / AgNO 3 . For comparison, the first oxidation-reduction potential of fullerene C 60 was measured by the same method. The differences between the peak values of the first redox potentials of the fullerene derivatives and C 60 are shown in the table.
Из таблицы видно, что все производные превосходят С60 по электронно-акцепторной способности, так как имеют менее отрицательные потенциалы окисления-восстановления.The table shows that all derivatives are superior to C 60 in electron-acceptor ability, as they have less negative redox potentials.
Пример 5. Определение эффективности взаимодействия полимер-фуллерен по тушению фотолюминесценции полимера.Example 5. Determining the effectiveness of the polymer-fullerene interaction by quenching the photoluminescence of the polymer.
Готовили растворы, содержащие полимер MEH-PPV и производное фуллерена в различных пропорциях путем смешивания растворов полимера и производных фуллеренов в толуоле. Из поученных растворов методом полива готовили пленки на стекле. В результате были получены пленки, содержащие полимер и производное фуллерена при массовом соотношении полимер: фуллерен =100:1, 50:1, 20:1, 10:1, 5:1 и 1:1, а также пленки из чистого полимера. Измеряли спектры фотолюминесценции пленок с помощью спектрометра PC 1000 при возбуждении светом с длиной волны 450 нм, то есть в полосе поглощения полимера. Оптическая плотность при 450 нм для всех пленок превышала 1, то есть пленка поглощала более 90% энергии света. Геометрическое расположение пленок относительно источника излучения и входного отверстия спектрометра во всех случаях одинаково. В результате получены кривые зависимости интенсивности фотолюминесценции полимера от концентрации производного фуллерена в смеси. Результаты представлены на Фиг.1. Обозначения экспериментальных точек:Solutions were prepared containing the MEH-PPV polymer and the fullerene derivative in various proportions by mixing solutions of the polymer and fullerene derivatives in toluene. From the obtained solutions, films on glass were prepared by irrigation. As a result, films containing a polymer and a fullerene derivative were obtained with a polymer: fullerene weight ratio of 100: 1, 50: 1, 20: 1, 10: 1, 5: 1, and 1: 1, as well as films of pure polymer. The photoluminescence spectra of the films were measured using a PC 1000 spectrometer under excitation with light with a wavelength of 450 nm, that is, in the absorption band of the polymer. The optical density at 450 nm for all films exceeded 1, that is, the film absorbed more than 90% of the light energy. The geometric arrangement of the films relative to the radiation source and the inlet of the spectrometer is the same in all cases. As a result, the curves of the dependence of the intensity of the photoluminescence of the polymer on the concentration of the fullerene derivative in the mixture are obtained. The results are presented in figure 1. Designation of experimental points:
+ - тетра(бензиламино-гидро)[60]фуллерен,+ - tetra (benzylamino-hydro) [60] fullerene,
• - тетра(дибензиламино-гидро)[60]фуллерен,• - tetra (dibenzylamino-hydro) [60] fullerene,
о - три(циклопентиламино-гидро)[60]фуллерен,o - three (cyclopentylamino-hydro) [60] fullerene,
х - 2-(азагомо[60]фуллерено)-5-нитропиримидин,x - 2- (azagomo [60] fullereno) -5-nitropyrimidine,
Δ - 1,3-дипропил-5-[5'-(азагомо[60]фуллерено)пентил]-1,3,5-триазин-2,4,6(1H,3Н,5Н)-трион,Δ - 1,3-dipropyl-5- [5 '- (azagomo [60] fullereno) pentyl] -1,3,5-triazine-2,4,6 (1H, 3H, 5H) -trion,
□ - O,O-дибутил(азагомо[60]фуллерено)фосфат.□ - O, O-dibutyl (azagomo [60] fullereno) phosphate.
Во всех случаях при увеличении концентрации производного фуллерена происходит снижение интенсивности фотолюминесценции полимера. В ряде случаев люминесценция полностью гасится уже при концентрациях полимера 10-20%. Это свидетельствует об эффективном переносе фотовозбужденного электрона от полимера к производному фуллерена, что является необходимым условием эффективной работы фотовольтаического устройства.In all cases, with an increase in the concentration of the fullerene derivative, a decrease in the intensity of the photoluminescence of the polymer occurs. In some cases, luminescence is completely quenched even at polymer concentrations of 10–20%. This indicates the effective transfer of the photoexcited electron from the polymer to the fullerene derivative, which is a necessary condition for the effective operation of the photovoltaic device.
Пример 6. Фотовольтаическое устройство.Example 6. Photovoltaic device.
На стеклянную подложку, покрытую слоем ITO, наносили пленку, содержащую смесь полимера поли(2-метокси-5-(2'-этилгексилокси)-1,4-фениленвинилена (МЕН-PPV) и 2-(азагомофуллерена)-5-нитропиримидина при содержании фуллерена 0, 10, 50 и 75 мас.%. Пленки наносили методом полива из раствора в хлорбензоле, содержащего MEH-PPV и 2-(азагомофуллерен)-5-нитропиримидин в соответствующих соотношениях. Далее композиционная пленка высушивалась при нагревании в вакууме. Толщина пленок составляла 100-150 нм. На полученную пленку наносили контакт из алюминия методом испарения в вакууме. Площадь контакта составляла около 20 мм2. Вольт-амперные характеристики полученных фотовольтаических ячеек измеряли в высоком вакууме (около 10-5 торр) в темноте и при освещении светом в диапазоне длин волн от 400 до 650 нм. Мощность падающего излучения составляла 17 мВт/см2. Зависимость фототока (разность тока при освещении и темнового тока) от напряженности электрического поля на образце приведена на Фиг.2. Видно, что увеличение концентрации фуллерена приводит к существенному возрастанию фототока. Так, для образца, содержащего 75% 2-(азагомофуллерен)-5-нитропиримидина, характерно увеличение фототока короткого замыкания более чем на 2 порядка по сравнению с образцом, содержащим чистый полимер.A film containing a mixture of a polymer of poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene (MEN-PPV) and 2- (azahomofullerene) -5-nitropyrimidine was applied on a glass substrate coated with an ITO layer at fullerene content of 0, 10, 50 and 75 wt.%. Films were applied by irrigation from a solution in chlorobenzene containing MEH-PPV and 2- (azahomofullerene) -5-nitropyrimidine in the appropriate proportions. of the films was 100–150 nm, an aluminum contact was deposited by evaporation in The contact area was about 20 mm 2. The current-voltage characteristics of the obtained photovoltaic cells were measured in high vacuum (about 10 -5 Torr) in the dark and when illuminated with light in the wavelength range from 400 to 650 nm.The incident radiation power was 17 mW / cm 2. The dependence of the photocurrent (the difference between the current under illumination and the dark current) on the electric field strength on the sample is shown in Fig. 2. It is seen that an increase in the concentration of fullerene leads to a significant increase in the photocurrent. So, for a sample containing 75% 2- (azahomofullerene) -5-nitropyrimidine, an increase in the short-circuit photocurrent is more than 2 orders of magnitude compared to a sample containing a pure polymer.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет создавать фотовольтаические устройства на основе композиций "сопряженный полимер/производное фуллерена", где производные фуллерена эффективно взаимодействуют с полимером и обладают более высокой электронно-акцепторной способностью по сравнению с исходным фуллереном С60. При этом описываются два новых аминопроизводных фуллерена и способ синтеза аминопроизводных фуллерена.Thus, the proposed technical solution allows the creation of photovoltaic devices based on the conjugated polymer / fullerene derivative compositions, where the fullerene derivatives effectively interact with the polymer and have a higher electron-acceptor ability compared to the initial C 60 fullerene. At the same time, two new amino derivatives of fullerene and a method for the synthesis of amino derivatives of fullerene are described.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005122356/04A RU2287483C1 (en) | 2005-07-15 | 2005-07-15 | Derivatives of fullerenes, method for their preparing and photovoltaic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005122356/04A RU2287483C1 (en) | 2005-07-15 | 2005-07-15 | Derivatives of fullerenes, method for their preparing and photovoltaic device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2287483C1 true RU2287483C1 (en) | 2006-11-20 |
Family
ID=37502265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005122356/04A RU2287483C1 (en) | 2005-07-15 | 2005-07-15 | Derivatives of fullerenes, method for their preparing and photovoltaic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2287483C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013105873A1 (en) * | 2011-09-13 | 2013-07-18 | Lanxess Deutschland Gmbh | Semiconducting thin [60]fullerene films and their use |
CN103242172A (en) * | 2013-05-08 | 2013-08-14 | 中国科学院化学研究所 | Amino modified fullerene derivative, and preparation method and application thereof |
RU2519782C2 (en) * | 2011-06-01 | 2014-06-20 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Проблем Химической Физики Ран (Ипхф Ран) | Method of producing cyclopropane fullerene derivatives, use of organic fullerene derivatives as materials for electronic semiconductor devices, organic field-effect transistor, organic photovoltaic cell, organic field-effect transistor and organic photovoltaic cell |
RU2523826C1 (en) * | 2012-12-19 | 2014-07-27 | Александр Алексеевич Козеев | METHOD OF PRODUCING AZAFULLERENE C48N12 BY NITRATION OF β-NAPHTHOL WITH DILUTED NITRIC ACID |
US9231214B2 (en) * | 2008-04-08 | 2016-01-05 | The Regents Of The University Of California | Photovoltaic devices including self-assembling fullerene derivatives for improved efficiencies |
RU2595342C2 (en) * | 2011-07-04 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Two-component electron-selective buffer layer and photovoltaic cells based thereon |
-
2005
- 2005-07-15 RU RU2005122356/04A patent/RU2287483C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
F.L.Zhang et al" Synthetic Metals, 2003, v.137, p.1401. Романова И.П. и др.. Синтез и электрохимические свойства фосфорилированного азагомо[60]фуллерена, Изв.Академии Наук, Серия хим., 2004, №1, стр.140-143. Romanova I.P. et al.. Synthesis and electrochemical of 2-(azahomo[60]fullereno)-5-nitropyrimidine, Mendeleev Commun., 2002, v.l2, №2, p.p.51-52. Sinyashin O.G. et al., Synthesis and electrochemical properties of the N-isocyanyrate derivative of azahomo[60]fullerene, Mendeleev Commun., 2000, v.10, №2, р.р.61-63. * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9231214B2 (en) * | 2008-04-08 | 2016-01-05 | The Regents Of The University Of California | Photovoltaic devices including self-assembling fullerene derivatives for improved efficiencies |
RU2519782C2 (en) * | 2011-06-01 | 2014-06-20 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Проблем Химической Физики Ран (Ипхф Ран) | Method of producing cyclopropane fullerene derivatives, use of organic fullerene derivatives as materials for electronic semiconductor devices, organic field-effect transistor, organic photovoltaic cell, organic field-effect transistor and organic photovoltaic cell |
RU2595342C2 (en) * | 2011-07-04 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Two-component electron-selective buffer layer and photovoltaic cells based thereon |
WO2013105873A1 (en) * | 2011-09-13 | 2013-07-18 | Lanxess Deutschland Gmbh | Semiconducting thin [60]fullerene films and their use |
RU2583375C2 (en) * | 2011-09-13 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Semiconductor thin films of fullerene [60] and use thereof |
RU2523826C1 (en) * | 2012-12-19 | 2014-07-27 | Александр Алексеевич Козеев | METHOD OF PRODUCING AZAFULLERENE C48N12 BY NITRATION OF β-NAPHTHOL WITH DILUTED NITRIC ACID |
CN103242172A (en) * | 2013-05-08 | 2013-08-14 | 中国科学院化学研究所 | Amino modified fullerene derivative, and preparation method and application thereof |
CN103242172B (en) * | 2013-05-08 | 2015-01-07 | 中国科学院化学研究所 | Amino modified fullerene derivative, and preparation method and application thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Benetti et al. | Hole-extraction and photostability enhancement in highly efficient inverted perovskite solar cells through carbon dot-based hybrid material | |
CN101501862B (en) | Polymers with low band gaps and high charge mobility | |
Mei et al. | Low-band-gap platinum acetylide polymers as active materials for organic solar cells | |
AU2008266277B2 (en) | Organic photosensitive optoelectronic devices with nonplanar porphyrins | |
Voroshazi et al. | Novel bis-C 60 derivative compared to other fullerene bis-adducts in high efficiency polymer photovoltaic cells | |
RU2287483C1 (en) | Derivatives of fullerenes, method for their preparing and photovoltaic device | |
Lee et al. | Efficiency enhancement of P3HT/PCBM bulk heterojunction solar cells by attaching zinc phthalocyanine to the chain-end of P3HT | |
Ke et al. | Panchromatic ternary/quaternary polymer/fullerene BHJ solar cells based on novel silicon naphthalocyanine and silicon phthalocyanine dye sensitizers | |
US8901258B2 (en) | Copolymers for solar cells based on acridonic units | |
Wong et al. | A porphyrin-hexa-peri-hexabenzocoronene-porphyrin triad: synthesis, photophysical properties and performance in a photovoltaic device | |
Xia et al. | A spiro-bifluorene based 3D electron acceptor with dicyanovinylene substitution for solution-processed non-fullerene organic solar cells | |
JP6737798B2 (en) | Small molecule hole transport materials for photoelectrons and photoelectrochemical devices | |
US20120085992A1 (en) | Furan Conjugated Polymers Useful for Photovoltaic Applications | |
Cortizo-Lacalle et al. | Solution processable diketopyrrolopyrrole (DPP) cored small molecules with BODIPY end groups as novel donors for organic solar cells | |
Tegegne et al. | Light-induced degradation of a push–pull copolymer for ITO-free organic solar cell application | |
AU2009321486A1 (en) | Novel compounds, derivatives thereof and their use in heterojunction devices | |
Yang et al. | Interchain hydrogen-bonded conjugated polymer for enhancing the stability of organic solar cells | |
Nyga et al. | Electrochemically deposited poly (selenophene)-fullerene photoactive layer: Tuning of the spectroscopic properties towards visible light-driven generation of singlet oxygen | |
Labrunie et al. | Pentaerythritol based push–pull tetramers for organic photovoltaics | |
Lanzi et al. | Effect of Photocrosslinking of D‐A Thiophene Copolymers on the Performance of Single‐Material Solar Cells | |
Pearson et al. | Impact of dithienyl or thienothiophene units on the optoelectronic and photovoltaic properties of benzo [1, 2, 5] thiadiazole based donor–acceptor copolymers for organic solar cell devices | |
WO2013076311A1 (en) | Electroactive surfactant improved hybrid bulk heterojunction solar cells | |
CN107759622B (en) | Triphendioxazine imide diploid compound and preparation method thereof | |
Sarı et al. | Subphthalocyanine derivatives as donor for solution-processed small molecule organic solar cells | |
Ren et al. | Solution Processable Monosubstituted Hexa‐Peri‐Hexabenzocoronene Self‐Assembling Dyes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090716 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20110227 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180716 |