[發明專利]一種基于稠環吸電子母核的非摻雜空穴傳輸材料及其合成方法和應用

有效

• 申請號: 202110255570.5
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113173936B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 尹新星;李在房;宋嘉興;胡林;蘇振;金英芝
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: C07D513/14
• 分類號: C07D513/14;C07D513/22;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 欽榮燕

本發明公開了一種基于稠環吸電子母核的非摻雜空穴傳輸材料及其合成方法以及在鈣鈦礦太陽能電池中的應用。本發明以具有吸電子能力的苯并噻二唑多元稠環為母核，其吸電子特性和平面共軛結構能有效提升材料的空穴傳輸性能。本發明合成方法簡單，合成成本低廉，所合成的材料具有高空穴傳輸能力和合適的能級；應用于鈣鈦礦太陽能電池中作為空穴傳輸層時，無需摻雜即可獲得1.1V的高開路電壓和19％的光電轉化效率，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及空穴傳輸材料技術領域，具體涉及一種基于稠環吸電子母核的非摻雜空穴傳輸材料及其合成方法和應用。

背景技術

太陽能電池大致可以分為三代。第一類為單晶硅、多晶硅為代表的第一代太陽能電池，這一類硅基太陽能電池目前已經實現了商業化，并占據90％以上的市場份額。但是硅基太陽能電池的工藝要求高，制造成本高昂，環境污染嚴重，不利于大面積推廣。第二代太陽能電池包括銅銦鎵硒(CIGS)、碲化鎘(CdTe)，砷化鎵(GaAs)等，它們普遍采用薄膜技術，大大減少了材料用量，但仍然存在高耗能、高污染、高成本、高門檻的問題。此外，這兩代太陽能電池還存在無法柔性加工的問題，限制了它們的大規模應用。第三代則是以鈣鈦礦太陽能電池為代表的新型光伏技術，它具有質輕、價廉、可柔性加工的特點，并具有通過卷對卷印刷、噴墨打印等方法大規模制造的潛力，有望取代成本高昂、污染嚴重的硅基太陽能電池，具有廣闊的產業化前景。

自2009年首次被報道以來，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率從3.9％(J.Am.Chem.Soc.2009,131,6050)飛速提升到了25.5％(NREL,2020)，其效率已可與硅太陽電池相媲美(26.7％,NREL,2020)。目前高效率的鈣鈦礦太陽能電池通常采用昂貴的spiro-OMeTAD作為空穴傳輸層，但spiro-OMeTAD自身空穴遷移率低、導電性差，必需采用鋰鹽、鈷鹽、叔丁基吡啶等進行摻雜，而這些親水性摻雜劑的引入不僅嚴重損害電池的壽命和穩定性，也增加了電池制備的復雜度和成本，因此開發非摻雜空穴傳輸材料成為了鈣鈦礦太陽能電池領域的研究熱點和產業化的關鍵因素。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種空穴遷移率高、導電性好，無需采用鋰鹽、鈷鹽、叔丁基吡啶等進行摻雜，不會損害電池壽命和穩定性，能夠降低電池生產成本的空穴傳輸材料。

為了達到上述目的，本發明設計的一種基于稠環吸電子母核的非摻雜空穴傳輸材料，以稠環吸電子的苯并噻二唑衍生物為母核，噻吩取代的甲氧基三苯胺為側臂，該材料具有以下結構式：

或

本發明的另一目的是提供一種上述空穴傳輸材料的合成方法，具體包括如下步驟：

氮氣保護下，將TPA-T-Sn分別與5,8-二溴二噻吩[3',2':3,4；2”,3”:5,6]苯并[1,2-c][1,2,5]噻二唑BTT-Br和2,10-二溴-12,13-雙(2-丁基辛基)-3,9-雙十一烷基-12,13-二氫-[1,2,5]噻二唑[3,4-e]噻吩并[2”,3”:4',5']噻吩并[2',3':4,5]吡咯[3,2-g]噻吩并[2',3':4,5]噻吩并[3,2-b]吲哚Y-Br在四(三苯基膦)鈀催化下偶聯得到目標產物BTT-T和Y-T；

進一步的，反應溶劑為甲苯。

進一步的，反應溫度為110±10℃。

進一步的，TPA-T-Sn、稠環溴代衍生物BTT-Br、四(三苯基膦)鈀的摩爾比為1:2:0.05～1:3:0.2，TPA-T-Sn、稠環溴代衍生物Y-Br、四(三苯基膦)鈀的摩爾比為1:2:0.05～1:3:0.2。

本發明的第三目的在于將基于稠環吸電子母核的非摻雜空穴傳輸材料應用于鈣鈦礦太陽能電池。