[發(fā)明專利]p摻雜有機小分子及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110504081.9
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113416201B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王忠勝;譚玉林
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: C07D495/20
• 分類號: C07D495/20;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本發(fā)明公開了兩種p摻雜有機小分子及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明分別采用Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)和Buchward–Hartwig反應(yīng)制備了Spiro?DTP?TPA和Spiro?DTP?DPA。這兩種有機材料具有高的空穴流動性和與Pb具有強的相互作用。應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池的反溶劑工程中，優(yōu)化了鈣鈦礦的結(jié)晶，鈍化了鈣鈦礦薄膜表面與晶界處的缺陷，同時p摻雜鈣鈦礦實現(xiàn)能帶彎曲，最終大大的提高了電池的性能和穩(wěn)定性，將鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率從原有的17.22%提升至20.21%，同時，在相對濕度為30~40%，溫度為20~35 ^oC的條件下儲存1080 h后，p摻雜的電池仍可維持94%的初始效率，而原始器件的效率已降低至初始效率的49%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及p摻雜有機小分子及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，隨著能源危機日益凸顯，發(fā)展清潔能源無疑是有效緩解這一問題的途徑之一。鈣鈦礦太陽能電池本身具備很多獨特優(yōu)勢，被認(rèn)為是一種非常具有潛力的光電轉(zhuǎn)換裝置。盡管鈣鈦礦具有優(yōu)異的吸光系數(shù)，可調(diào)的直接帶隙，低結(jié)合能，高載流子流動性等優(yōu)勢，但其結(jié)晶過程中在膜的表面和晶界處形成大量缺陷，這些缺陷會成為電子和空穴的復(fù)合中心，降低電池性能，同時也會成為鈣鈦礦分解反應(yīng)中心，降低鈣鈦礦的穩(wěn)定性。鈣鈦礦能級與傳輸層能級不匹配是影響鈣鈦礦太陽能電池性能的另一個重要因素，其會造成能量損失，體現(xiàn)為鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓降低，從而降低電池的光電轉(zhuǎn)化效率(PCE)。因此，鈣鈦礦活性層的結(jié)晶質(zhì)量及其與電荷傳輸層的能級匹配度對于電池的光電轉(zhuǎn)換性能起著至關(guān)重要的作用。一種良好的鈣鈦礦薄膜應(yīng)該具備光滑的形貌(晶粒大，接觸緊密，無針孔)；優(yōu)勢生長取向(垂直基底生長)；與傳輸層能級匹配等特點。有機分子應(yīng)用于反溶劑工程，可以通過有機分子中的Lewis堿錨定基團(tuán)和鈣鈦礦中的Pb相互作用來調(diào)整結(jié)晶，形成優(yōu)勢晶體晶面生長，鈍化缺陷，減少電荷復(fù)合，同時可以p摻雜鈣鈦礦，實現(xiàn)能帶彎曲，從而調(diào)整鈣鈦礦與電荷傳輸層之間的能級匹配，減少開路電壓損失，提高電池性能。因此研究p型有機分子應(yīng)用于反溶劑工程摻雜鈣鈦礦具有十分重要的意義。

環(huán)戊二噻吩因其具有較好的共軛結(jié)構(gòu)和高的電子云密度，這樣有利于提高空穴流動性，在有機光電領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。同時噻吩中的硫原子含有孤對電子，可以作為Lewis堿錨定基團(tuán)與鈣鈦礦中的鉛相互作用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供以螺[環(huán)戊[1,2-b:5,4-b']二噻吩-4,2'-[1,3]二氧戊環(huán)]為核的p型有機分子、制備方法及其在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用。本發(fā)明的有機材料具有高的空穴流動性和與Pb具有強的相互作用，應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池的反溶劑工程中，優(yōu)化了鈣鈦礦的結(jié)晶，鈍化了鈣鈦礦薄膜表面與晶界處的缺陷，同時p摻雜鈣鈦礦實現(xiàn)能帶彎曲，最終大大的提高了電池的性能和穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案具體如下。

本發(fā)明提供兩種p摻雜有機小分子，其以螺[環(huán)戊[1,2-b:5,4-b']二噻吩-4,2'-[1,3]二氧戊環(huán)]為核，結(jié)構(gòu)式分別如式(1)、式(2)所示：

本發(fā)明中，式(1)、式(2)所示的p摻雜有機小分子，二者均具有D-π-D結(jié)構(gòu)，式(2)所示結(jié)構(gòu)的p摻雜有機小分子的供電單元(甲氧基三苯胺)與核(環(huán)戊二噻吩)之間的二面角為23.14°,整個分子骨架具有好的平面性，分子中的O原子處具有高的電子云分布；如式(1)所示結(jié)構(gòu)的Spiro-DTP-DPA的供電單元(甲硫基二苯胺)與核(環(huán)戊二噻吩)之間的二面角為61.82°，分子中的O和S原子處具有高的電子云分布。

本發(fā)明還提供一種上述的p摻雜有機小分子在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用。

優(yōu)選的，p摻雜有機小分子作為空穴傳輸層。

優(yōu)選的，p摻雜有機小分子作為活性層反溶劑法制備鈣鈦礦太陽能電池。