[發明專利]一種蝎子型非摻雜有機小分子空穴傳輸材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211540866.2
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN116063320A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 梁愛輝;謝罡;馮垂政;李慧宇;陳義旺
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: C07D495/22
• 分類號: C07D495/22;H10K85/60;H10K30/15
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 王煥巧

本發明公開了一種蝎子型非摻雜有機小分子空穴傳輸材料及其制備方法和應用，該空穴傳輸材料是以雙噻吩并噻吩并吡咯為受體單元，在受體單元的兩端噻吩和中間吡咯上分別引入三苯胺給體單元，形成蝎子型空穴傳輸材料，該材料具有平面性好、共軛程度高、空穴遷移率高和能級可調等優勢，適用于鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層。本發明制備方法具有操作容易，原料簡單易得，成本低廉，產率高等特點。將本發明空穴傳輸材料應用的鈣鈦礦太陽能電池是由鈣鈦礦層、空穴傳輸層、電子傳輸層和電極組成，所述空穴傳輸層采用蝎子型非摻雜有機小分子空穴傳輸材料。鈣鈦礦太陽能電池的電流密度為24.44mA/cmsupgt;2/supgt;，開路電壓為0.82V，光電轉化效率為16.85％。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池領域，尤其涉及一種蝎子型非摻雜有機小分子空穴傳輸材料及其制備方法和應用。

背景技術

鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)作為一種新型電池因具有消光系數高、帶隙可調、電荷擴散范圍長、制備工藝簡單等優點而備受關注。從2009年的3.8％效率發展到目前的25.7％(J.Am.Chem.Soc.2009，131，6050；Nature，2021，592，381)，已經可與硅電池相媲美。鈣鈦礦太陽能電池的結構主要包括：透明導電玻璃基底、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層以及金屬電極幾部分。空穴傳輸材料(HTM)是鈣鈦礦太陽能電池的重要組成部分，它一方面收集并傳輸由鈣鈦礦吸收層注入的空穴，實現電子-空穴有效分離；另一方面改善鈣鈦礦層與金屬電極間的肖特基接觸，形成良好的歐姆接觸，提高器件的效率(J.Mater.Chem.A，2018，6，18750；J.Mater.Chem.C，2020，8，13415)。

到目前為止，2，2′，7，7′-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴(Spiro-OMeTAD)已成為在PSCs中實現高效率的最廣泛使用和最成功的HTM。但其價格昂貴，原始的Spiro-OMeTAD薄膜具有低電導率和遷移率，需要摻雜。摻雜劑中雙三氟甲基磺酰亞胺鋰(LiTFSI)的吸濕性和4-叔丁基吡啶(t-BP)的揮發性會對鈣鈦礦層進行破壞(J.Am.Chem.Soc.2018，140，16720)，導致其穩定性差。為此開發一種非摻雜有機小分子HTM來制備高效穩定的PSCs是必不可少的。

因此，我們發明了一種新型的基于雙噻吩并噻吩并吡咯(DTTP)和三苯胺(TPA)結構的非摻雜有機小分子HTM，該材料具有平面性好、共軛程度高、空穴遷移率高和能級可調等優勢，通過旋涂成膜的方法，將其作為空穴傳輸層得到了非摻雜的可溶液加工的PSCs。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是，提供了一種蝎子型非摻雜有機小分子空穴傳輸材料及其制備方法和應用。

本發明提供一種蝎子型非摻雜有機小分子空穴傳輸材料，其為一種含雙噻吩并噻吩并吡咯和三苯胺基團的非摻雜有機小分子空穴傳輸材料，以雙噻吩并噻吩并吡咯為受體單元，在受體單元的兩端噻吩和中間吡咯上分別引入三苯胺給體單元，形成蝎子型非摻雜有機小分子空穴傳輸材料，所述非摻雜有機小分子空穴傳輸材料(DTTP-TPA)的結構式如下：

本發明同時提供了上述蝎子型非摻雜有機小分子空穴傳輸材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將市售原料噻吩并[3，2-b]噻吩與正丁基鋰反應，再與三異丙基氯硅烷反應上保護基團生成化合物I，所述化合物I的結構式為：

步驟二，將化合物I與N-溴代丁二酰亞胺發生溴化反應生成化合物II，所述化合物II的結構式為：

步驟三，將化合物II先與二異丙基氨基鋰反應，再與無水氯化銅發生偶聯反應生成化合物III，所述化合物III的結構式為：