[發明專利]一種以三蝶烯并三吡嗪為核的有機空穴傳輸材料的制備及應用

有效

• 申請號: 202010008496.2
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111138440B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 劉建;呂光宇;汪文源;李小薇;朱建軍;丁忠華
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C07D487/14
• 分類號: C07D487/14;H01L51/46;H01L51/42;H01L51/48
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本發明公開了一種以三蝶烯并三吡嗪為核的新型有機空穴傳輸材料的制備及應用，屬于鈣鈦礦太陽能電池應用領域。本發明所述的空穴傳輸材料合成路線簡單，成本低廉、溶解度好、易于純化、穩定性好，可作為空穴傳輸材料應用于平面鈣鈦礦太陽能電池。采用本發明設計的一種以三蝶烯并三吡嗪為核的有機空穴傳輸材料制備的平面鈣鈦礦太陽能電池表現出較高的光電轉換效率，良好的穩定性。本發明設計的一種以三蝶烯并三吡嗪為核的有機空穴傳輸材料為平面鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸材料提供了新的設計思路。

技術領域

本發明屬于有機光電功能材料技術領域，具體涉及一種以三蝶烯并三吡嗪為核的有機空穴傳輸材料及其制備方法，以及在平面鈣鈦礦太陽能電池中的應用。

背景技術

鈣鈦礦太陽能電池在過去十年時間內取得了突飛猛進的發展，目前實驗室光電轉換效率記錄已經超過25％(www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html)。鈣鈦礦太陽能電池作為一種新興的太陽能發電技術為光伏產業技術變革帶了新的希望，具有廣泛的應用前景。作為鈣鈦礦太陽能電池中重要的組成部分，空穴傳輸材料(HTM)的性能對電池光電轉換效率及穩定性具有重要影響，開發和設計制備簡單且性能優異的空穴傳輸層材料是鈣鈦礦太陽能電池研究領域的研究重點之一，對推動鈣鈦礦太陽能電池產業化進程具有非常重要的意義。

目前，已報道的應用于平面鈣鈦礦太陽能電池且獲得較高光電轉換效率的空穴傳輸材料大多為聚合物空穴傳輸材料PTAA(聚[雙(4-苯基)(2，4，6-(三甲基苯基)胺])和有機小分子空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD(2，2′，7，7′-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴)這兩種材料。然而PTAA和Spiro-OMeTAD由于自身導電性較差、空穴遷移率較低，需要使用P型摻雜劑和添加劑，如叔丁基吡啶(TBP)，雙三氟甲磺酰亞胺鋰(LiTFSI)等，來提高空穴傳輸層的導電性能。然而這些摻雜劑和添加劑的使用一方面會降低電池的穩定性，另一方面還增加了電池的制作成本。此外Spiro-OMeTAD合成和提純工藝較為復雜，進一步增大了電池的制作成本。因此，設計開發制備簡單，易提純，成膜性好，性能優異且穩定性高的空穴傳輸材料對鈣鈦礦太陽能電池走向商業化應用具有非常重要的意義。

發明內容

本發明通過分子設計，以三蝶烯并三吡嗪為核，通過芳胺取代基團的引入構建了一種新型的有機空穴傳輸材料。該材料分子能級與鈣鈦礦材料相匹配、溶解性好，穩定性高，能作為空穴傳輸材料應用于平面鈣鈦礦太陽能電池中。空穴傳輸材料TT-OMeTPA可以在不使用摻雜劑和添加劑的條件下應用于鈣鈦礦太陽能電池的制備，獲得了較高光電轉換效率的，提高了電池的穩定性，并且降低了制作成本，具有潛在的應用價值。

本發明的另一目的在于提供了一種以三蝶烯并三吡嗪為核的有機空穴傳輸材料的制備方法，其制備操作過程簡單、反應條件溫和，提純工藝簡單，避免了使用大多數空穴傳輸材料合成中所需的貴金屬催化偶聯反應，降低了制作成本，具有較高的應用價值。

本發明提供的一種以三蝶烯并三吡嗪為核的有機空穴傳輸材料，其化學結構式(I)：

所述的一種以三蝶烯并三吡嗪為核的有機空穴傳輸材料TT-OMeTPA的合成方法為：三蝶烯在發煙硝酸、濃硫酸的混合溶液中發生硝化反應，得到六硝基三蝶烯；經氯化亞錫的乙醇和濃酸鹽的混合溶液還原生成化合物六氨基三蝶烯鹽酸鹽；再與4-二(4-甲氧基苯基)氨基苯偶酰發生縮合反應生成目標有機空穴傳輸材料TT-OMeTPA。