[發明專利]一種空穴傳輸材料及其合成方法與應用

有效

• 申請號: 202110429279.5
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113336772B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 姜月;伍業輝;龔志明;王茹;高進偉
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: C07D495/14
• 分類號: C07D495/14;H10K85/60
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華;劉艷麗

本發明公開了一種空穴傳輸材料，尤其是以二噻吩并[3,2?b:2',3'?d]吡咯為核、咔唑為端基的空穴傳輸材料，還公開了上述空穴傳輸材料的合成工藝，以及上述空穴傳輸材料在制備鈣鈦礦太陽能電池中的應用，和利用上述型空穴傳輸材料制成的鈣鈦礦太陽能電池。該空穴傳輸材料具有較高的玻璃化轉變溫度、合適的HOMO能級和適中的光學帶隙，制備的鈣鈦礦太陽能電池器件最高的光電轉換效率＞18％；該合成方法步驟簡單，制備成本較低。

技術領域

本發明屬于空穴傳輸材料技術領域，具體涉及一種空穴傳輸材料及其合成方法與應用，尤其是涉及一種以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯為核、咔唑為端基的空穴傳輸材料及其合成方法與應用。

背景技術

當前，以化石能源為代表的不可再生能源的過度開發與使用，造成了日益嚴重的能源枯竭和環境惡化等問題。太陽能具有清潔無污染、輻射總量巨大以及無地域限制等突出優點，得到研究人員廣泛的關注。

第三代新型太陽能電池，包括：有機太陽能電池(OPVs)、染料敏化太陽能電池(DSSCs)，量子點太陽能電池(QSCs)以及鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)等，制備工藝簡單、可溶液法加工、成本低廉，展現出優異的應用前景。其中，鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)自2009年起，經過十年發展，其光電轉換效率(PCE)從最初的3.8％增長至目前的25.5％，成為當前新能源領域最具競爭力的光伏技術之一。

如圖1所示，鈣鈦礦太陽能電池器件由五部分組成，分別是透明導電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層以及金屬背電極。空穴傳輸材料是鈣鈦礦太陽能電池的關鍵材料之一，在器件中主要起到提取和運輸空穴、阻擋電子和抑制載流子界面處積累與復合的作用。理想的空穴輸運層應該具備：(1)優異的空穴遷移率和導電率；(2)匹配的能級(3)優異的溶解能力和成膜性；(4)高熱穩定性、光化學穩定性以及高疏水性；(5)商業化生產成本低等。

常見的空穴傳輸材料包括無機類、聚合物類和小分子三大類材料。其中，小分子空穴傳輸材料結構多樣、可溶液加工，是最具競爭力的空穴傳輸層材料。2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)是目前最廣泛應用的小分子空穴傳輸層。但Spiro-OMeTAD合成路線復雜、成本高，嚴重限制了其商業化應用(ACSAppl.Mater.Interfaces.2015,7(21):11107-11116.)。因此，設計、開發新型高效的有機小分子空穴傳輸材料成為業界的研究熱點之一。

發明內容

本發明的第一個目的在于提出一種空穴傳輸材料，尤其是以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯為核、咔唑為端基的空穴傳輸材料，該空穴傳輸材料具有穩定性良好、價格低廉、易于調節以及良好的空穴傳輸性能。

本發明的第二個目的在于提供上述空穴傳輸材料，尤其是以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯為核、咔唑為端基的空穴傳輸材料的合成方法，該合成方法工藝簡潔，整體制備成本低。

本發明的第三個目的在于提供上述空穴傳輸材料，尤其是以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯為核、咔唑為端基的空穴傳輸材料在鈣鈦礦太陽能電池方面的應用。

本發明的上述第一個目的可以通過以下技術方案來實現：

一種空穴傳輸材料，尤其是以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯為核、咔唑為端基的空穴傳輸材料，其結構式如下：

具體地，R為不同的烷基鏈，分別為正己基或2-乙基己基，R的結構式如下：

具體地，X為不同的側鏈原子或基團，分別為氫原子、烷氧基或鹵素原子，具體為氫原子、甲氧基或氟原子，X的具體結構式如下：

X＝H、OMe或F。