[发明专利]一种以二茂铁作为端位基团的芳胺类有机空穴传输材料及其合成方法和用途

说明书

本发明公开了一种以二茂铁作为端位基团的芳胺类有机空穴传输材料及其合成方法和用途，属太阳能电池技术领域，包括其制备和应用。该以端位含二茂铁单元的三苯胺为供电子基团的有机空穴传输材料易合成，制备成本低廉，且将二茂铁基团应用于钙钛矿太阳能电池中的这一新的尝试是非常有探索意义的。该电池应用于钙钛矿电池得到了11.43％的光电转化效率：开路电压为0.833V，短路光电流密度22.13mA cm^‑2填充因子0.62。探索引入二茂铁的端位基团对三芳胺类染料或空穴传输材料性能的影响，为二茂铁今后用于染料敏化太阳能电池或钙钛矿太阳能电池提供实验基础。

技术领域

本发明属太阳能电池技术领域，具体的介绍了一种以二茂铁做端位基团的芳胺类有机空穴传输材料的制备及其在钙钛矿电池中的应用。

技术背景

环境污染与能源短缺问题使我们不得不努力的寻找一种可替代的清洁能源。可以将太阳能转化为电能的太阳能电池吸引了我们的注意。近年来，区别于其他传统电池，更稳定、更高效的钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,简称：PSCs)进入了我们的视线。作用在钙钛矿电池中的空穴传输材料也成为了研究热点问题。具有夹心结构的高度富电子体系的二茂铁基三苯胺衍生物在光电材料中也被广泛应用。探索引入二茂铁的端位基团对三芳胺类染料或空穴传输材料性能的影响，能够为二茂铁今后用于染料敏化太阳能电池或钙钛矿太阳能电池提供实验和理论基础。

端位的二茂铁基团具有很强的给电子能力。引入染料敏化剂端位中，有助于电子通过共轭桥部分传输到电子受体。引入空穴传输材料中有助于电子传输到分子中心基团上，增强空穴传输能力，提高空穴迁移率。

目前二茂铁基染料在染料-敏化太阳能电池器件中还存在效率不够高的问题，适宜的分子结构种类还不够多，在钙钛矿太阳能电池中用于空穴传输材料还没有。

发明内容

本发明的目的一方面是要首次介绍一种以端位含二茂铁单元的三苯胺为供电子基团的有机材料新型空穴传输材料；另一方面是提供该空穴传输材料可行合理的合成步骤；最后将其应用于钙钛矿太阳能电池。

本发明通过以下方案实现：

一种以二茂铁作为端位基团的芳胺类有机空穴传输材料，其化学结构式如下JW7所示：

合成步骤如下所示：化合物1通过维森迈尔反应引入醛基生成化合物2；化合物2通过NIS上两个碘得到化合物3；化合物3通过偶联反应和乙炔基二茂铁反应得到化合物4备用；化合物5通过硼氢化钠还原得到化合物6并与磷酸酯反应生成化合物7；最终化合物4与化合物5通过wittig反应合成出产物JW7。

步骤一，将提前制备好的维森迈尔试剂(DMF+三氯氧磷)在冰浴条件下滴加进式1化合物的DMF溶液中，发生维森迈尔反应生成化合物2，反应中各个试剂使用摩尔当量为，化合物1：三氯氧磷＝1：4，反应温度为0℃到室温，反应时间4小时；

步骤二，化合物2溶于DMF，在避光条件下与NIS反应生成化合物3，该反应在冰浴条件下进行，化合物2；NIS＝1：2.2，反应时间2小时；

步骤三，化合物3与二茂铁乙炔在氮气保护条件下反应，该反应以钯催化剂、膦配体和碱在甲苯中催化反应，试剂使用摩尔当量为，化合物3：二茂铁乙炔：钯催化剂：膦配体：碱＝1：2.2：0.05：0.07：3.3，反应温度为甲苯加热回流，反应时间8小时；

步骤四，化合物5通过硼氢化钠在异丙醇溶剂中被还原，反应还需要少量0.1M的氢氧化钠水溶液催化反应生成化合物6，其中化合物5：硼氢化钠＝1：2，反应温度为异丙醇加热回流，反应时间6小时；

步骤五，化合物6溶于磷酸三乙酯，冰浴条件下分批加入碘单质生成化合物7，其中化合物6：碘＝1：1，反应温度冰浴到室温，反应时间4小时；