[发明专利]一种噻吩桥联四胺芘空穴传输材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开了一类噻吩桥联四胺芘空穴传输材料及制备方法与应用。所述噻吩桥联四胺芘空穴传输材料的结构式如式I所示。该类空穴传输材料具有噻吩桥联的三芳胺结构单元，其在有机溶剂中溶解性好及成膜性好，大的共轭平面结构可有效提升材料的空穴迁移率，且制备成本低。通过光物理性质、电化学性能和热稳定性测试表明，所述空穴传输材料热稳定性好，能级与钙钛矿能级相匹配。将其作为空穴传输层应用于钙钛矿太阳能电池中，具有良好的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种噻吩桥联四胺芘空穴传输材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

伴随着能源危机与环境污染问题逐渐加剧，人们迫切需要寻找新的可替代能源。太阳能是地球上最丰富的可再生清洁能源，地球表面每分钟所吸收的太阳能可以满足人类一年的能源需求。因此，制备出高效的光电转换装置，无疑是解决能源危机与环境污染问题的重要方法之一。钙钛矿材料拥有优越的电荷传输性质、长载流子扩散距离、全光谱吸收和高吸光系数。这使得这种材料可以有效地吸收太阳光，并高效地产生光生载流子，同时减少在光电转换过程中的能量损失。

目前，基于有机-无机杂化钙钛矿材料的太阳能电池效率已经从2009年的3.8％增长到22.1％。钙钛矿太阳能电池主要有透明基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极五部分构成。其中空穴传输层主要负责收集并传输由钙钛矿层注入的空穴，实现电子-空穴有效分离，是钙钛矿太阳电池的重要组成部分。虽然空穴传输材料spiro-OMeTAD应用于钙钛矿太阳能电池展现了良好的性能，但是它的缺点是合成步骤多、纯化困难、价格高。因此合成经济高效的空穴传输材料可以有效的提升电池性能。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种噻吩桥联四胺芘空穴传输材料。

所述噻吩桥联四胺芘空穴传输材料的结构式如式I所示：

其中，R为C₁～C₁₂的烷氧基链、C₁～C₁₂的烷硫基链或C₁～C₁₂的烷基链。

优选的方案，R为C₁～C₆的烷氧基链、C₁～C₆的烷硫基链或C₁～C₆的烷基链。

最优选的噻吩桥联四胺芘空穴传输材料具有式II、式III或式IV结构：

本发明的再一个目的是提供式I所示噻吩桥联四胺芘空穴传输材料的制备方法。

本发明所提供的式I所示噻吩桥联四胺芘空穴传输材料的制备方法，包括下述步骤：

在碱性条件下，将式Ⅷ所示的化合物与1,3,6,8-四溴芘在钯催化下发生Suzuki偶联反应，得到式I所示噻吩桥联四胺芘空穴传输材料；

上述式Ⅷ中R1的定义均同式I中的R。

上述方法步骤4)中，所述Suzuki偶联反应的在回流状态下进行，所述回流的温度为80℃-140℃，回流的时间为12h-48h。

所述1,3,6,8-四溴芘、式Ⅷ所示的化合物、碱、钯催化剂的摩尔比为1:(4-8):(4-20):(0.01-0.10)。

所述钯催化剂具体可为醋酸钯、双三苯基磷二氯化钯、四(三苯基膦)钯和钯/碳中的一种或者多种。

所述碱为叔丁醇钠、叔丁醇钾、碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、磷酸钾和氢氧化钠中的一种或者多种。