[發明專利]新型無參雜鎳基金屬有機配合物空穴傳輸材料的合成及其在鈣鈦礦型太陽能電池中的應用

在審

• 申請號: 202110269850.1
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113512073A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 華雍;吳太
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: C07F15/04
• 分類號: C07F15/04;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 昆明祥和知識產權代理有限公司 53114
• 代理人: 和琳

本發明公開了一種新型無參雜鎳基金屬有機配合物空穴傳輸材料，是基于鎳為配合物中心，以甲氧基三苯胺為給體的有機金屬配合，并把其作為空穴傳輸材料應用在鈣鈦礦太陽能電池中，涉及鈣鈦礦空穴傳輸材料領域；該材料通過1,2?二(4’?溴苯基)乙二酮和4?硼酸酯?4’,4’?二甲氧基三苯胺反應后再與五硫化二磷以及六水合氯化鎳反應得到鎳基金屬有機配合物(Ni?TPA)，本發明首次將具有高遷移率(2.13×10^?3cm²V^?1S^?1)的無摻雜鎳基金屬有機配合物代替2,2,7,7?四[N,N?二(四?甲氧基苯基)氨基]?9,9’?螺二芴(Spiro?OMeTAD)作為空穴材料應用于鈣鈦礦太陽能電池中；在提高鈣鈦礦太陽能電池空穴遷移率、穩定性以及降低其成本方面有很大的潛在商業價值。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸材料領域，尤其涉及一種鎳基新型金屬有機配合物材料的制備以及其在作為無參雜空穴傳輸材料在鈣鈦礦太陽能電池中的應用。

背景技術

金屬有機配合由于其穩定性高，空穴遷移率高等優點被逐漸應用于鈣鈦礦太陽能空穴材料中，如銅卟啉、鋅卟啉、鐵卟啉、銅酞箐等，雖然這些分子有較好的穩定性，但是其合成步驟復雜、產率低，而且其空穴遷移率有待提高，不利于降低金屬有機配合物作為空穴材料在鈣鈦礦太陽能電池中的推廣以及利用。由于鎳的遷移率高，引入鎳基的有機金屬配合物有利于分子空穴遷移率的提高，而且合成了基于鎳基有機金屬配合物方法簡單，產率高。利用無摻雜鎳基有機金屬配合物作為鈣鈦礦太陽能電池的空穴材料代替需要摻雜的Spiro-OMeTAD空穴材料可以有效的提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，而且大大降低電池的成本。從而有利于鈣鈦礦太陽能電池的商業化。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種新型無參雜鎳基金屬有機配合物空穴傳輸材料，以解決背景技術中存在的問題。

為實現以上目的，本發明提供以下技術方案：

一種新型無參雜鎳基金屬有機配合物空穴傳輸材料，所述材料是基于鎳作為配位物中心的復合型三芳胺衍生物，其結構通式如下：

式Ni-TPA中，R為下式所示的基團：

本發明還提供了一種新型無參雜鎳基金屬有機配合物空穴傳輸材料合成方法，制備合成圖如圖1所示，包括以下步驟：

(1)在氮氣保護條件下，取1,2-二(4’-溴苯基)乙二酮和4-硼酸酯-4’,4’-二甲氧基三苯胺溶于四氫呋喃，然后加入1.5mol/L的碳酸鉀溶液和催化劑，加熱到85℃-90℃反應二至三天后，利用柱層析法提純，得到化合物A；

(2)在氮氣氣氛中，將化合物A和五硫化二磷置于1,4-環氧六烷中，加熱回流，反應4-6小時；后冷卻到60℃左右，滴加六水合氯化鎳，然后加熱到110℃反應2小時左右，滴入乙醇中，沉淀，抽濾沉淀物，最后用硅膠柱純化，得到最終產物Ni-TPA。

進一步地，步驟(1)中1,2-二(4’-溴苯基)乙二酮和4-硼酸酯-4’,4’-二甲氧基三苯胺的質量比為1:2～2.4；步驟(2)中化合物A、五硫化二磷和六水合氯化鎳質量比為1:4.3:0.56。

本發明還提供了一種新型無參雜鎳基金屬有機配合物空穴傳輸材料在鈣鈦礦型太陽能電池中的應用方法，具體的，所述鈣鈦礦型太陽能電池在空穴傳輸層旋涂時，旋涂無摻雜Ni-TPA空穴材料，旋涂工藝為加速度1500轉/秒，轉速為4500，時間為30秒，后擦去刻蝕對立面3mm處，旋涂好的膜后氧化12-15h，鍍上MoO₃以及100nm的銀薄膜。

進一步地，所述鈣鈦礦型太陽能電池，在導電玻璃清洗后旋涂介空二氧化鈦m-TiO₂，其濃度為TiO₂:CH₃CH₂O質量比等于1:6。