[發明專利]一種噻吩-咔唑核四臂空穴傳輸材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010062245.2
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111153896B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 鄭菲;陳小燕;宋鑫瑤;徐曉楠;包小春
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: C07D409/04
• 分類號: C07D409/04;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

本發明公開了一種噻吩?咔唑核四臂空穴傳輸材料及其制備方法和應用，其以噻吩?咔唑為核，使得其HOMO能級以及LUMO能級顯著高于混鹵鈣鈦礦，能夠阻擋電子從鈣鈦礦層躍遷至空穴傳輸層，有效抑制界面電子復合現象的發生；所述制備方法包括如下步驟：對碘苯甲醚與對溴苯胺偶聯反應生成中間體（5）；中間體（5）與聯硼酸頻那醇酯取代反應生成中間體（6）；中間體（6）與2，3?二溴噻吩偶聯反應生成中間體（7）；中間體（7）溴代反應生成中間體（8）；中間體（6）與3，6?二溴咔唑偶聯反應生成中間體（9）；中間體（9）與中間體（8）偶聯反應生成終產物CZ?1。本發明的空穴傳輸材料用于鈣鈦礦太陽能電池時，其電池器件具有較高的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池技術領域，涉及摻雜型空穴傳輸材料，具體涉及一種噻吩-咔唑核四臂空穴傳輸材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著全球經濟社會的不斷發展，人類社會對能源的需求量越來越大，而傳統的化石能源越來越難以滿足經濟社會發展的需求。此外，傳統化石能源的大量使用會對自然環境造成嚴重的破壞，加劇溫室效應的程度。因此，尋求新型的可再生無污染能源成為了人類社會首先要面對的問題。而太陽能由于其具有可再生無污染的優點，取之不盡用之不竭，不像傳統化石能源那樣形成周期非常漫長。因此，如何高效低成本地利用太陽能越來越受到人們的關注。

太陽能電池發展歷史悠久，種類繁多。其中，鈣鈦礦太陽能電池由于其制作工藝簡單成本低和良好的光電轉化效率，具有很廣闊的發展前景，使得鈣鈦礦太陽能電池成為了光伏領域內最熱門的研究方向。

空穴傳輸材料空穴傳輸材料具有優化界面、調節能級匹配等作用，是構成高效鈣鈦礦太陽能電池的重要組成部分。理想的空穴傳輸材料應該具有高的空穴遷移率；最高占有軌道(Highest Occupied Molecular Orbital，HOMO)能級在-5 .1～-5 .3eV；具有高的熱力學穩定性、良好地溶解性和成膜性，同時具有疏水性，以便更好地保護鈣鈦礦層，提高電池的穩定性.

在雜化鈣鈦礦太陽電池中，目前所使用的空穴傳輸層材料局限于2，2 '，7，7 '-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9 '-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、聚三芳胺(PTAA)和PEDOT：PSS等。這類無定形的空穴傳輸層材料的空穴遷移率普遍較低，其中Spiro-OMeTAD和PTAA需要二(三氟甲基磺酰)鋰(Li-TFSI)和4-叔丁基吡啶(TBP)作為p型摻雜，這類摻雜分子會對電池器件的穩定性帶來不利的影響；而PEDOT：PSS雖然不需要摻雜，但聚電解質具有很強的吸濕性，容易破壞鈣鈦礦層的結構，另一方面，PEDOT：PSS的酸性會造成對ITO玻璃的腐蝕，同時具有易吸濕性，導致電池器件的穩定性下降。

因此，選擇合適的空穴傳輸材料，進一步提高鈣鈦礦太陽能電池的性能成為業界迫切需要解決的問題之一。

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噻吩-咔唑核四臂空穴傳輸材料，該空穴傳輸材料以噻吩-咔唑為核，使得其HOMO能級以及LUMO能級顯著高于混鹵鈣鈦礦，能夠阻擋電子從鈣鈦礦層躍遷至空穴傳輸層，從而有效抑制界面電子復合現象的發生；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，其電池器件短路光電流密度達23.27 mA cm^-2，開路電壓為1.089V，填充因子0.7452，光電轉化效率高達18.85%。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種噻吩-咔唑核四臂空穴傳輸材料，化學機構式如式（CZ-1）所示：

。

本發明的進一步改進方案為：

制備上述噻吩-咔唑核四臂空穴傳輸材料的方法，包括如下步驟：