[發(fā)明專利]含咔唑基且低4-叔丁基吡啶用量的小分子空穴傳輸材料及其在鈣鈦礦電池的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610084462.5
• 申請日: 2016-02-14
• 公開（公告）號: CN105753769B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳瑜;薛松;王江;孫喆;梁茂
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: C07D209/88
• 分類號: C07D209/88;H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司12002
• 代理人: 劉書元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種低輔劑用量的含有咔唑基團的有機小分子空穴傳輸材料用于鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術(shù)

隨著人類社會的快速發(fā)展，尋求高效利用并且對環(huán)境友好的可再生能源成為世界各國的共同目標(biāo)。太陽能具有無污染、能取之不盡、用之不竭、不受地理條件限制的優(yōu)點，利用太陽能電池可以有效地將太陽轉(zhuǎn)化為電能。目前，開發(fā)廉價高效太陽能電池已成為研究的重點。在2009年，鈣鈦礦太陽能電池首次提出，并在近幾年中迅猛發(fā)展，光電轉(zhuǎn)換效率一舉突破20％，應(yīng)用前景廣大。

在鈣鈦礦太陽能電池器件結(jié)構(gòu)中，使用空穴傳輸層能能顯著提高鈣鈦礦太陽能電池的效率。目前國際上報道的高效率鈣鈦礦太陽能電池中，有機小分子空穴傳輸材料因滲透性好、疏水性強、結(jié)構(gòu)可靈活調(diào)整，引起了科研人員的廣泛關(guān)注(Science 2015,348,1234-1237；Science 2014,345,542-546)。這些有機小分子空穴傳輸材料中一些含有咔唑、二苯胺供電基團的分子效果顯著(Adv.Mater.2014,26,6629-6634；Chem.Commun.,2014,50,14161-14163；ACS Appl.Mater.Interfaces 2015,7,22213-22217)，但需要添加足夠濃度的輔劑，如雙(三氟甲磺酰)亞氨基鋰、4-叔丁基吡啶等。由于輔劑價格昂貴，因此，降低輔劑用量成為有機小分子空穴傳輸材料的研究趨勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計的目的之一是提供一種含咔唑基且低4-叔丁基吡啶用量的小分 子空穴傳輸材料，同時提供一種該材料在鈣鈦礦太陽能電池的應(yīng)用，再者提供了一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

本發(fā)明目的之一的技術(shù)方案是：一種含咔唑基且低4-叔丁基吡啶用量的小分子空穴傳輸材料，其結(jié)構(gòu)如通式(I)所示：

其中，R₁和R₂為C_1～6的烷基鏈，R₁和R₂相同或不同。

本發(fā)明另一目的的技術(shù)方案是：

一種有機小分子空穴傳輸材料在鈣鈦礦太陽能電池的應(yīng)用，所述的鈣鈦礦太陽能電池，包括依次層疊FTO導(dǎo)電玻璃、致密層、多孔層、具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的吸光層、有機小分子空穴傳輸層和頂電極，其中空穴傳輸層為含有咔唑類基團且低4-叔丁基吡啶用量的有機小分子空穴傳輸材料。

進一步地，所述FTO導(dǎo)電玻璃的透明導(dǎo)電層是FTO薄膜；所述致密層由TiO₂薄膜形成；致密層厚度在10-50nm之間；所述多孔層的分為TiO₂，所述多孔層的厚度在150-400nm之間，其中，TiO₂形貌為顆粒狀。

進一步地，致密層厚度優(yōu)選為20nm，多孔層的厚度優(yōu)選為200nm。

進一步地，所述致密層及多孔層，由旋涂法制成。

進一步地，所述具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的吸光層，是由一步法旋涂制備形成，所 述鈣鈦礦的形貌為管狀。

進一步地，所述空穴傳輸層由本發(fā)明有機小分子空穴傳輸材料通過旋涂法制成，其中有機小分子空穴傳輸材料濃度為0.048mmol/ml，所加雙(三氟甲磺酰)亞氨基鋰摩爾濃度為0.030mmol/ml，所加4-叔丁基吡啶的摩爾濃度為0.04μmol/ml-0.20μmol/ml。

進一步地，所述4-叔丁基吡啶的摩爾濃度為0.12μmol/ml。

本發(fā)明再一目的的技術(shù)方案是：

一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括：

首先，提供具有透明導(dǎo)電層FTO薄膜的導(dǎo)電玻璃，在所述FTO薄膜層上旋涂法制成TiO₂致密層，在所述TiO₂致密層上旋涂法制成TiO₂多孔層，在所述TiO₂多孔層上一步旋涂法制備鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的吸光層，在所述鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的吸光層旋涂法制成有機小分子空穴傳輸層，其濃度為0.048mmol/ml，所加雙(三氟甲磺酰)亞氨基鋰摩爾濃度為0.030mmol/ml，所加4-叔丁基吡啶的摩爾濃度為0.12μmol/ml，在所述空穴傳輸層上制備頂電極，該頂電極為碳電極。

進一步地，所述碳電極通過滴涂法制備。

本發(fā)明的特點在于，

1.含有咔唑基團的有機小分子空穴傳輸材料結(jié)構(gòu)簡單，原料廉價易得。無定形態(tài)好，便于旋涂。