[發明專利]一種以苯并三氮唑為核心結構的空穴傳輸材料的合成方法及應用

在審

• 申請號: 201910651978.7
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110483426A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 程明;陶力;陳承
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C07D249/18
• 分類號: C07D249/18;C07D409/14;H01L51/42;H01L51/46
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本發明屬于有機功能材料技術領域，主要涉及一種以苯并三氮唑為核心結構的空穴傳輸材料的合成，及其在鈣鈦礦太陽能電池領域的應用。本發明的空穴傳輸材料采用D?A?D構型，選用苯并三氮唑衍生物為核心結構，兩端連接苯衍生物、二苯胺衍生物或三苯胺衍生物。所述空穴傳輸材料具有可調控的光電化學性質、較好的成膜性、較高的空穴遷移率、較低的制備成本等優點。該發明不僅可以提升鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換性能，還可以降低電池制備的成本，有利于鈣鈦礦太陽能電池的工業化和商品化。

技術領域

本發明屬于有機功能材料技術領域，主要涉及一種以苯并三氮唑為核心結構的空穴傳輸材料的合成方法，及其在鈣鈦礦太陽能電池領域的應用。

背景技術

鈣鈦礦太陽能電池由于其具有光電性能優異，制備成本低廉及制備方法簡單等特點，被公認為是未來最具發展潛力的新型太陽能電池之一。鈣鈦礦太陽能電池近年來發展迅速，經過短短10年時間，其光電轉化效率從最初的3.8％迅速攀升至24.2％，逐漸逼近其理論極限效率，引起全世界科研工作者的廣泛關注。傳統的鈣鈦礦太陽能電池結構是三明治型的疊層結構，主要包括透明導電基底，電子傳輸層，鈣鈦礦吸收層，空穴傳輸層及金屬電極。通過優化鈣鈦礦太陽能電池的各個結構組分及電池器件的制備工藝，可以有效提升鈣鈦礦太陽能電池的光電性能。其中，空穴傳輸材料對于電池器件的電荷分離及電荷傳輸具有至關重要的作用。

目前，已報道的空穴傳輸材料主要包括有機小分子空穴傳輸材料，聚合物空穴傳輸材料及無機物空穴傳輸材料。其中，最經典的空穴傳輸材料是2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)(Bi,D.；Yi,C.；Luo,J.；Décoppet,J.-D.；Zhang,F.；Zakeeruddin,S.M.；Li,X.；Hagfeldt,A.；M.,Nat.Energy 2016,1,16142.)，這種材料具有合適的能級及優異的空穴傳輸性能。但是，Spiro-OMeTAD的合成過程相對比較復雜，產率較低，成本較高。因此，亟需開發合成簡單、高效且低成本的空穴傳輸材料用以替代傳統的空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD，推進鈣鈦礦太陽能電池商業化及市場化。

2015年，Nazeeruddin課題組選用三氮雜化烯基團為核心，設計開發了一種星型結構的空穴傳輸材料，該材料合成簡單，原料廉價，光電轉化效率達到17.7％(Rakstys,K.；Abate,A.；Dar,M.I.；Gao,P.；Jankauskas,V.；Jacopin,G.；Kamarauskas,E.；Kazim,S.；Ahmad,S.；M.；Nazeeruddin,M.K.,J.Am.Chem.Soc.2015,137,16172.)；2016年，Hongzheng Chen課題組開發了一種新材料Trux-OMeTAD，其平面性好且具有剛性較強的大共軛分子結構，使其具有較高的空穴遷移率，其光電轉化效率可達到18.6％(Huang,C.；Fu,W.；Li,C.Z.；Zhang,Z.；Qiu,W.；Shi,M.；Heremans,P.；Jen,A.K.；Chen,H.,J.Am.Chem.Soc.2016,138,2528.)；2017年，Prashant Sonar課題組以二噻吩乙烯為核心設計合成了空穴傳輸材料TPA-TVT-TPA，此種材料具有較高的HOMO能級及較好的空穴抽取能力，獲得了16.32％光電轉化效率(Pham,H.D.；Hu,H.；Feron,K.；Manzhos,S.；Wang,H.；Lam,Y.M.；Sonar,P.,Solar RRL,2017,1,1700105.)。然而與經典的空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD相比，這些空穴傳輸材料的光電性能仍然相對較低，需要開發更加高效且低成本的空穴傳輸材料。

發明內容