[發明專利]一種應用于全固態鈣鈦礦敏化太陽能電池的有機空穴傳輸材料

在審

• 申請號: 201410459003.1
• 申請日: 2014-09-11
• 公開（公告）號: CN104230773A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 孟鴻;胡釗;黃維
• 申請（專利權）人: 南京友斯貝特光電材料有限公司
• 主分類號: C07C323/36
• 分類號: C07C323/36;C07C319/20;H01L51/46;H01L51/48;H01G9/20
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技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，尤其涉及一種新型的以螺二芴為核心的有機空穴傳輸材料在全固態鈣鈦礦敏化太陽能電池中的應用。

背景技術

隨著全球氣候變暖及化石能源使用殆盡，清潔可再生的新型能源一直是人類追求的目標。太陽能作為取之不盡用之不竭的清潔能源一直是人們研究的熱點。太陽能電池是直接將太陽能轉換為電能的裝置。從傳統的硅太陽能電池再到目前以染料敏化太陽能電池和有機太陽能電池為代表的新型電池都得到了迅速發展。全固態鈣鈦礦敏化太陽能電池在近兩年發展迅速，成為國際上的一個研究熱點。在鈣鈦礦太陽能電池器件結構中，空穴傳輸材料是很關鍵的部分，它起到傳導空穴的作用。采用有機空穴傳輸材料代替液態電解質可以組裝成全固態鈣鈦礦敏化太陽能電池，能解決液態電解質的揮發泄露問題。目前國際上文獻報道的高效率鈣鈦礦太陽能電池器件中大部分使用的是sprio-MeOTAD作為空穴傳輸層，例如文獻（1）Dianyi?L，Timothy?L.?K.?nature?photonics?2014,?8,?133-138;?文獻（2）Michael?M.?L,?Joel?T,?Tsutomu?M,?Takurou?N.?M,?Henry?J.?S,?science?2012,?338,?643-647;?(3)?Ball?J?M,?Lee?M?M,?Hey?A,?Snaith?H?J,?Energy?Environ.?Sci.,?2013,?6,?1739–1743等中所報道。為了進一步提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率，科學家們一直也在探索新型的有機空穴傳輸材料列如文獻（1）Anurag?K，?Dharani?S，Hairong?L，Jun?Y，Pablo?P.?B,?Cesare?S，Subodh?G.?M，Andrew?C.?G,?Chem.?Sci.,2014,?5,2702–2709；（2）Nam?J?J,?Hag?G?L，Young?C?K，Jangwon?S，Jun?H?N，Jaemin?L，Sang?S，J.?Am.?Chem.?Soc.?2014,?136,?7837?7840；（3）Hairong?L，Kunwu?F，Anders?H，Michael?G，Subodh?G.?M,?Andrew?C.?G,?Angew.?Chem.?Int.?Ed.?2014,?53,?4085?–4088等中所報道。

發明內容

本發明提供了一種用于全固態鈣鈦礦敏化太陽能電池的以螺二芴為核心有機空穴傳輸材料，其特征在于所述的有機空穴傳輸材料以螺二芴為核心僑聯二芳胺，在尾端引入含硫基團修飾，其結構通式為：

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化合物IV結構式中，R1和R2指代C1-C12烷基中的一種。

本發明一種應用于全固態鈣鈦礦太陽能電池有機空穴傳輸材料的制備方法，包括以下步驟：

?a.?格式試劑反應：惰性氣體保護下，將2-溴聯苯溶于適量的非極性溶劑中，滴加至鎂屑中，制備格氏試劑；將芴酮溶于非極性溶劑中，滴加至上述格式試劑中，反應一段時間后，得到產物1；

上述步驟a中，2-溴聯苯與乙醚溶解的體積數之比為1?mmol:5?mL～10?mL；三種反應物的用量摩爾比，即2-溴聯苯：鎂屑：芴酮的摩爾比為1:1.01:1.1～1:1.2:1.5；

b.?氧化取代反應：將步驟a所得產物1加入到濃硫酸、乙酸和水的混合溶液中，加熱到一定溫度后，加入碘和碘酸，再該體系溫度下反應一段時間；

上述步驟b中，產物1與濃硫酸的體積數之比為16:1～17：1，產物與水的體積數之比為4:1～6:1，產物1與乙酸、碘、碘酸的摩爾比為1:5:3:2～1:5:4:3；

c.?溴-胺縮合：惰性氣體保護下，將4-（烷基硫代）苯胺溶于二甲基亞砜中，加入適量4-溴硫代苯醚、L-脯氨酸、碘化亞銅和碳酸鉀，升溫至90℃～100℃，反應一端時間后，得到產物3；

上述步驟c中，4-（烷基硫代）苯胺的毫摩爾數與二甲基亞砜的體積數之比為1?mmol:5?mL～10?mL；4-（烷基硫代）苯胺與4-溴硫代苯醚、L-脯氨酸、碘化亞銅和碳酸鉀的摩爾比為1:2:0.2:0.1:2～1:3:0.3:0.2；

d.?在惰性氣體保護下，將步驟b和步驟c所得產物2和產物3溶于弱極性溶劑中，加入有機磷、有機鈀和強堿，加熱反應，得到化合物IV；