[發明專利]基于茚并[1,2-b]咔唑的免摻雜空穴傳輸材料及其合成方法和應用

有效

• 申請號: 202010062261.1
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111187280B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 王志輝;陳強;顏彪;高夢;馮良東;蔡鵬;汪玉祥;錢國慶
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: C07D495/22
• 分類號: C07D495/22;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 謝觀素

本發明涉及有機光電材料技術領域，公開了一種基于茚并[1,2?b]咔唑的免摻雜空穴傳輸材料及其制備方法和應用，該材料是以茚并[1,2?b]咔唑?噻吩為外圍電子給體單元，四噻吩并吡咯為分子核；本發明合成路線簡單、制備成本低廉，可實現材料的大規模合成；所發明的材料表現出良好的溶解成膜性和優異的熱穩定性能；穩態熒光光譜測試表明，該材料具有高效的空穴提取效率。本發明的基于茚并[1,2?b]咔唑的免摻雜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22.31 mA cm^?2，開路電壓為1.089 V，填充因子0.7784，光電轉化效率高達18.91%，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，具體涉及一種基于茚并[1,2-b]咔唑的免摻雜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，應用于鈣鈦礦太陽能電池中的空穴傳輸材料多需要使用4-叔丁基吡啶、LiTFSI和鈷鹽等摻雜劑才能獲得高效的光電轉化效率。但摻雜一方面導致電池制備工藝復雜化，制備成本提高；另一方面摻雜劑的使用還是導致電池的吸濕性顯著提升，從而降低了電池的使用壽命，加速了電池老化速度。因此開發免摻雜的空穴傳輸材料，對鈣鈦礦太陽能電池未來產業化應用具有重要的現實意義。

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基于茚并[1,2-b]咔唑的免摻雜空穴傳輸材料，以其作為空穴傳輸層制備鈣鈦礦太陽能電池器件時，無須使用4-叔丁基吡啶、LiTFSI和鈷鹽等摻雜劑，簡化了器件制備工藝，降低了制備成本，同時還有效防止了鈣鈦礦光吸收層老化，大大提升了器件的穩定性能；本發明的另一目的在于提供該空穴傳輸材料的制備方法以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：

一種基于茚并[1,2-b]咔唑的免摻雜空穴傳輸材料，具有式（V）的化學結構式：

。

本發明的進一步改進方案為：

上述基于茚并[1,2-b]咔唑的免摻雜空穴傳輸材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：使式（I）化合物和2-三丁基甲錫烷基噻吩發生Still偶聯反應生成式（II）化合物；

；

S2：使式（II）化合物發生溴化反應生成式（III）化合物；

；

S3：使式（III）化合物和式（IV）化合物發生偶聯反應生成式（V）化合物，即基于茚并[1,2-b]咔唑的免摻雜空穴傳輸材料。

。

進一步的，在所述的S1中，使式（I）化合物在溶劑甲苯中，在四三苯基膦鈀催化作用下，與2-三丁基甲錫烷基噻吩發生Still偶聯反應生成式（II）化合物，其中各物質用量以物質的量計，式（I）化合物：2-三丁基甲錫烷基噻吩：鈀催化劑=1：1~2：0.01~0.2；反應時間為6~12 h。