[發明專利]?基氮雜雙[6]螺烯類化合物及其在空穴傳輸材料和太陽能電池中的應用

有效

• 申請號: 202110930196.4
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113788832B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 雷鳴;唐澤豐;張雨燕;李天宇;賀麗飛;王鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C07D487/04
• 分類號: C07D487/04;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種基氮雜雙[6]螺烯類化合物及其作為空穴傳輸材料在太陽能電池中的應用。實驗結果表明，采用本發明制備的基氮雜雙[6]螺烯類化合物作為空穴傳輸層制備的鈣鈦礦太陽能電池器件的能量轉換效率可高達18.5％～21.5％。同時，器件的穩定性好。

技術領域

本發明屬于太陽電池材料領域，具體涉及一種基氮雜雙[6]螺烯類化合物及其在空穴傳輸材料和太陽能電池中的應用。

背景技術

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cells,PSCs)因具有加工成本低、能量轉換效率(PCE)高等優點而得到迅速發展，如今該類太陽能電池的PCE已超過25％，有望實現商用化。然而，PSC器件的穩定性是制約其商品化的重要因素之一。在PSCs中，空穴傳輸材料(HTM)在空穴提取和傳輸過程中避免了鈣鈦礦層和電池正極的直接接觸，減少電子空穴的復合，改善了鈣鈦礦層表面形態，是PSCs器件的關鍵組成部分。性能優異的HTM應具備以下幾種性能(1)與鈣鈦礦層相匹配的HOMO、LUMO能級；(2)高空穴遷移率和電導率；(3)原料成本低，合成制備簡單，且在高溫、高光、高濕度等條件下物理化學性質穩定。研究表明，高玻璃化轉變溫度的HTM，有利于提升器件的熱穩定性。

現有技術中，鈣鈦礦太陽能電池中最廣泛使用的有機空穴傳輸材料主要為2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)。但是Spiro-OMeTAD化學結構復雜、合成路線長、價格昂貴，同時該材料空穴迀移率較低，從而導致鈣鈦礦太陽能電池能量轉換效率低。通常需要采用雙(三氟甲基磺酰亞胺)鋰(LiTFSI)、叔丁基吡啶(t-BP)等進行p型摻雜來提高空穴迀移率，但這類摻雜會導致電池器件性能不穩定，同時材料費用昂貴。

螺烯是通過多個芳香環鄰位稠和而成的多環芳烴化合物，具有獨特的螺旋型π延展結構，分子堆積容易產生更多的分子間接觸，有利于提高電荷遷移率，并且提高了分子的溶解度，有利于器件的溶液加工；本發明基于分子的兩個灣區(Bay region)擴展π體系，通過兩分子氨基在同一灣區處進行稠合得到氮雜雙[6]螺烯分子，采用電子給體(Donor)封端得到一類D-π-D型空穴傳輸材料。本發明提供的基氮雜雙[6]螺烯類空穴傳輸材料的遷移率，實驗結果表明，采用本發明制備的基氮雜雙[6]螺烯類化合物作為空穴傳輸層制備的鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率可高達同時，這些材料的玻璃化溫度高，制備得到的鈣鈦礦太陽能電池器件的熱穩定性好。

參考文獻：

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