[發明專利]一種含吩噁嗪結構的雙給體空穴傳輸材料及其制備方法和鈣鈦礦太陽能電池

有效

• 申請號: 201811376434.6
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109320525B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 蔡寧;陳亞通;錢賽男;羅瑞希;張華堂;霍延平
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C07D495/04
• 分類號: C07D495/04;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

本發明尤其涉及一種含吩噁嗪結構的雙給體空穴傳輸材料及其制備方法和鈣鈦礦太陽能電池。本發明公開了一種含吩噁嗪結構的雙給體空穴傳輸材料，具有式(Ⅰ)所示結構；其中，A為含有共軛結構的基團，R為氫原子、烷烴基、烷氧基、烷硫基、環烷基、芳烷基及其衍生物、芳氧基、烷硒基、烷碲基、鹵烷基、羥基或羰基。由實驗數據可知，其能夠獲得較高的空穴遷移率10^?4cm²V^?1s^?1，該含吩噁嗪結構的雙給體空穴傳輸材料制備方法簡單，無需添加摻雜劑，成本低廉，易于分離提純，將該含吩噁嗪結構的雙給體空穴傳輸材料應用在鈣鈦礦太陽能電池中，可以得到18.23％的光電轉換效率和較高的填充因子ff為0.77，電荷復合較弱，具有廣闊應用前景。

技術領域

本發明涉及有機光伏材料技術領域，尤其涉及一種含吩噁嗪結構雙給體空穴傳輸材料及其制備方法和鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術

近年來，地球的煤礦資源不斷消耗，環境與能源問題越來越受到關注。太陽能電池作為新能源的代表更為人矚目。目前單晶硅太陽能電池應用最廣，但仍受其制造工藝中高能耗、污染重等固有缺陷的制約。近年來，高性價比、易加工的鈣鈦礦太陽能電池(PSC)發展極為迅速，超越了多晶硅和薄膜硅，并可與CdTe及CIGS太陽能電池相媲美，具有極大的應用潛能和商業化前景。

鈣鈦礦太陽能電池取得巨大成功的原因之一就在于作為其重要組成部分的高效空穴傳輸材料的不斷涌現。現在最為常用的高效空穴傳輸材料是 spiro-OMeTAD和PTAA。但由于spiro-OMeTAD的合成條件苛刻、純化困難導致其價格非常昂貴(約1400元/克)，本征空穴遷移率也并不高。另一個高效PSC中常用的聚合物空穴傳輸材料PTAA，同樣受到價格昂貴(約2900元 /克)的制約，阻礙了其商業化發展。

發明內容

本發明提供了一種含吩噁嗪結構雙給體空穴傳輸材料及其制備方法和鈣鈦礦太陽能電池，解決了現有的空穴傳輸材料空穴遷移率低，且價格昂貴的問題。

其具體技術方案如下：

本發明提供了一種含吩噁嗪結構的雙給體空穴傳輸材料，其特征在于，具有式(Ⅰ)所示結構；

其中，A為含有共軛結構的基團，R為氫原子、烷烴基、烷氧基、烷硫基、環烷基、芳烷基及其衍生物、芳氧基、烷硒基、烷碲基、鹵烷基、羥基或羰基。

R優選為烷烴基、鹵烷基、烷氧基或烷硫基，更優選為鹵烷基。

優選地，所述A為咔唑及其衍生物、二苯并噻吩及其衍生物、蒽及其衍生物、苯并[1，2-b：4，5-b‘]二噻吩及其衍生物、苯及其衍生物、噻吩及其衍生物、呋喃以及衍生物、吡咯及其衍生物、噻唑及其衍生物、吡啶及其衍生物、咪唑及其衍生物或喹啉及其衍生物。

優選地，所述A的取代基包括氫原子、烷烴基、烷氧基、烷硫基、環烷基、芳烷基及其衍生物、芳氧基、烷硒基、烷碲基、鹵烷基、羥基或羰基。

優選地，所述R基團中所述烷烴基、所述烷氧基、所述烷硫基、所述環烷基、芳烷基及其衍生物、所述芳氧基、所述烷硒基、所述烷碲基、所述鹵烷基、羥基或所述羰基的碳原子個數為1～24個，更優選為1～6，最優選為6 個。

優選地，包括以下步驟：

步驟1：將含A的化合物與鹵素或N-溴代丁二酰亞胺(NBS)在第一反應溶劑中進行第一反應，得到式(II)化合物；

步驟2：堿性環境下，將含有吩噁嗪結構的化合物與R-X在第二反應溶劑中進行第二反應后，得到式(III)化合物；

步驟3：將所述式(III)化合物與鹵素或NBS在第三反應溶劑中進行第三反應，得到式(Ⅳ)化合物；