[發明專利]一種基于四噻吩并吡咯的免摻雜空穴傳輸材料及其合成方法和應用

有效

• 申請號: 202010063943.4
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111171046B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 蔡鵬;張鈺;曹紹菊;孔鵬華;楊紅佳;韋靜蘭
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: C07D495/22
• 分類號: C07D495/22;H10K30/20;H10K85/60
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 謝觀素

本發明涉及太陽能電池技術領域，公開了一種基于四噻吩并吡咯的免摻雜空穴傳輸材料及其制備方法和應用，該材料是以四噻吩并吡咯為分子核、通過烯鍵與外圍電子給體單元甲氧基三苯胺相連，該材料共軛程度高、分子趨于平面化，有效增強了分子間相互作用，表現出高效的電導率和空穴遷移率，且合成路線簡單，收率高、制備成本低，適合大量合成。本發明的基于四噻吩并吡咯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22.37 mA cm^?2，開路電壓為1.09 V，填充因子0.7452，光電轉化效率高達18.17%。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種基于四噻吩并吡咯的免摻雜空穴傳輸材料及其制備方法和應用。

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四噻吩并吡咯的免摻雜空穴傳輸材料，該材料以四噻吩并吡咯為分子核、通過烯鍵與外圍電子給體單元甲氧基三苯胺相連，共軛程度高、分子趨于平面化，有效增強了分子間相互作用，表現出高效的電導率和空穴遷移率；本發明的另一目的在于提供該材料的制備方法，其合成路線簡單，收率高、制備成本低，適合大量合成；本發明的在一目的在于基于四噻吩并吡咯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22.37 mA cm^-2，開路電壓為1.09 V，填充因子0.7452，光電轉化效率高達18.17%。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于四噻吩并吡咯的免摻雜空穴傳輸材料，化學結構式如式（3）所示：

。

本發明的進一步改進方案為：

上述一種基于四噻吩并吡咯的免摻雜空穴傳輸材料的制備方法，包括如下步驟：

在氬氣保護的條件下，將式（1）化合物、式（2）化合物、鈀催化劑、有機磷配體和堿溶解于無水有機溶劑中，進行反應，反應結束產物經柱層析提純得到式（3）化合物，即基于四噻吩并吡咯的免摻雜空穴傳輸材料。

進一步的，所述式（1）化合物、式（2）化合物、鈀催化劑、有機磷配體以及堿的摩爾比1: 2~ 5:0.01~0.1:0.02~0.2:2~8。

進一步的，所述的鈀催化劑為四三苯基磷鈀、三（二亞芐基丙酮）二鈀、[1,1'-雙(二苯基膦基)二茂鐵]二氯化鈀或醋酸鈀中的一種或兩種以上混合。