[發明專利]一種非對稱空穴傳輸材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010062233.X
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111153914B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 王志輝;羅憶夢;曹紹菊;包小春;李進;許晨紅;蔣金龍
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: C07D495/22
• 分類號: C07D495/22;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 謝觀素

本發明公開一種非對稱空穴傳輸材料及其制備方法與應用，該材料是以四噻吩并吡咯為分子核，兩側分別以甲氧基三苯胺、茚并[1,2?b]咔唑為外圍修飾基團，本發明的空穴傳輸材料能夠有效協同兩側外圍修飾基團的優點，利用茚并[1,2?b]咔唑的剛性、平面化空間構型增強空穴傳輸材料分子間的相互作用，提升電導率和空穴遷移率，利用甲氧基三苯胺三維扭曲空間結構抑制界面載流子復合；此外，分子對稱性的降低，還能夠有效提高材料的溶解成膜性能，利于得到高質量的非晶態薄膜。本發明的非對稱空穴傳輸材料應用于鈣鈦礦太陽能電池中，電池器件短路光電流密度達22.98 mA cm^?2，開路電壓為1.099 V，填充因子0.7923，光電轉化效率高達20.01%，顯示廣闊的商業應用前景。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種非對稱空穴傳輸材料及其制備與應用。

背景技術

作為新一代光伏科技，鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite Solar Cells，簡稱PSCs）具有制備工藝簡單、材料易調變、成本低廉等優點，最新的認證效率已經達到25.2%（National Renewable Energy Laboratory，NREL，2019）。空穴傳輸層作為PSCs重要的組成部分，起到收集鈣鈦礦吸收層的光生空穴并將其傳輸到對電極的重任，同時還有效抑制器件界面電子復合，對電池效率和穩定性定起到至關重要的影響。目前，鈣鈦礦太陽能電池中的空穴傳輸材料應用最為廣泛、且高效的空穴傳輸材料是2,2’,7,7’-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9’-螺二芴（Spiro-OMeTAD）。然而，Spiro-OMeTAD分子的合成制備成本高昂，由其制備的鈣鈦礦太陽能電池穩定性差，限制了其商業化的大范圍應用。因此，基于分子工程，開發高效、穩定、價格低廉的能替代Spiro-OMeTAD的新型空穴傳輸材料顯得尤為重要。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種非對稱空穴傳輸材料，本發明的非對稱空穴傳輸材料能夠有效協同兩側不同外圍修飾基團的優點，利用茚并[1,2-b]咔唑的剛性、平面化空間構型增強空穴傳輸材料分子間的相互作用，提升電導率和空穴遷移率，利用甲氧基三苯胺三維扭曲空間結構抑制界面載流子復合；本發明的另一目的在于提供該空穴傳輸材料的制備方法及其在鈣鈦礦太陽能電池中的應用。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種非對稱空穴傳輸材料，該材料是以四噻吩并吡咯為分子核，兩側分別以甲氧基三苯胺、茚并[1,2-b]咔唑為外圍修飾基團，化學結構式為：

。

本發明的進一步改進方案為：

一種非對稱空穴傳輸材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：使式（1）化合物和式（2）化合物發生Still偶聯反應生成式（3）化合物；

；

S2：使式（3）化合物和溴代甲氧基三苯胺發生偶聯反應生成式（4）化合物，即非對稱空穴傳輸材料；

。

進一步的，在所述的S1中，使式（1）化合物在溶劑甲苯中，在四三苯基膦鈀催化作用下，與式（2）化合物發生Still偶聯反應生成式（3）化合物，其中各物質用量以物質的量計，式（1）化合物：式（2）化合物：四三苯基膦鈀=1: 1~2: 0.01~0.2；反應時間為4~12 h。