[發明專利]基于二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡咯的免摻雜空穴傳輸材料及合成方法

有效

• 申請號: 201910040761.2
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN109705137B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 唐衛華;董子豪;周杰;尹新星;王宏濤;曹金如;楊琳強
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C07D495/14
• 分類號: C07D495/14;H01L51/42;H01L51/48;H01L51/46
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明公開了一種基于二噻吩并[3,2?b:2',3'?d]吡咯的免摻雜空穴傳輸材料及合成方法。本發明方法合成步驟簡單，整體制備成本低，可實現材料的大量合成；所發明的材料具有良好的溶解性和成膜性；紫外?可見吸收光譜表明該空穴傳輸材料的光學帶隙適中(2.2~2.3 eV),在550 nm左右顯示起始吸峰；循環伏安曲線圖表明該類空穴傳輸材料擁有合適的HOMO能級(?5.0 eV左右)，本發明的免摻雜DTP空穴傳輸材料在有機?無機鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池中可獲取高達19%的光電轉化效率，展現出了巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種應用于鈣鈦礦太陽能電池中的免摻雜有機空穴傳輸材料，具體來說涉及一種以二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡咯(DTP)為核的D-π-D-π-D型免摻雜空穴傳輸材料及其合成方法，屬于有機-無機鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池制備領域。

背景技術

隨著綠色、可持續發展的社會理念日益深入人心，尋求解決能源問題-尤其是化石能源的污染及枯竭問題的方法已經迫在眉睫，各種清潔、無污染、可再生的新能源如太陽能、風能等也應運而生，其中，太陽能的高效獲取在應對能源危機及相關問題展現了極大的價值和應用前途。因此，通過科學研究探索尋找太陽能為電能的應用技術顯得尤為重要。太陽能電池是一種基于半導體的光伏打效應工作原理的將太陽能直接轉化為電能的器件。光伏打效應指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現象。它首先是由光子(光波)轉化為電子、光能量轉化為電能量的過程；其次，是形成電壓過程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會形成電流的回路。

過去幾十年來，太陽能轉化為電能的技術一直在不斷地發展進步。單晶硅基太陽能電池(第一代太陽能電池)在過去40年的時間里一直是主要的光伏器件類別，由于制作成本高，科學家們繼而發展了第二代太陽能電池碲化鎘CdTe和銅銦鎵硒/硫化物CIGs太陽能電池，以及第三代的有機太陽能電池：染料敏華太陽能電池(DSSC)，有機太陽能電池(OSCs)鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)。盡管單晶硅太陽能電池效率已高達25.6％，但由于鈣鈦礦太陽能電池的出現，前兩代太陽能電池的主導地位正面臨挑戰。

近十年來，以有機-無機鉛鹵鈣鈦礦為光活性層的太陽能電池的發展突飛猛進，最新的認證光電轉化效率已達到23.3％(NREL，2018)，其快速的發展使得光伏工業進入革命新階段。空穴傳輸材料是鈣鈦礦太陽能電池器件的重要組成部分，目前多數高效鈣鈦礦太陽能電池需使用t-BP、LiTFSI、鈷配位化合物等摻雜劑才能獲取高光電轉換效率。但與此同時，摻雜劑的使用能夠導致電池的吸濕性顯著增加，從而加速電池老化，導致電池效率不穩定(Adv.Energy.Mater.2018,8,1702512)。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種可用于鈣鈦礦太陽能電池的D-π-D-π-D型免摻雜空穴傳輸材料。

本發明的目的之二在于提供一種基于二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡咯(DTP)衍生物為核的D-π-D-π-D型分子的合成方法。

本發明的目的之三在于將這種新的免摻雜空穴傳輸材料用于有機-無機鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:

一種基于二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡咯(DTP)核的D-π-D-π-D型空穴傳輸材料，該材料具有以下結構式:

其中，R為辛烷基、5-乙基十一烷基、5-甲基噻吩基、5-己基噻吩基。

上述空穴傳輸材料的合成方法，包括如下具體步驟:

(1)氮氣保護下，二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡咯衍生物(DTP-R)的鋰試劑與三丁基氯化錫于-78℃發生反應生成2,6-雙(三丁基錫烷基)-4氫-二噻吩[3,2-b:2′,3′-d]吡咯衍生物(DTP-R-Tin)的步驟，