[发明专利]基于芴乙烯桥联芳香环核的免掺杂空穴传输材料的合成方法及其在钙钛矿电池中的应用

说明书

本发明涉及在一种基于芴乙烯桥联芳香环核的免掺杂空穴传输材料的合成方法及其在钙钛矿电池中的应用(FB‑OMeTPA和FT‑OMeTPA)。本发明方法合成步骤简易且成本低，可实现免掺杂材料的大规模制备；所发明的免掺杂材料展现了良好的成膜性及溶解性。紫外‑可见吸收光谱表明免掺杂空穴传输材料的光学带隙适中(2.03eV～2.13eV)，在600nm左右显示起始吸收峰；循环伏安曲线图表明该类免掺杂的空穴传输材料获得匹配的HOMO能级(‑5.10eV左右)，本发明的免掺杂空穴传输材料FB‑OMeTPA和FT‑OMeTPA在有机‑无机铅卤钙钛矿电池中可获取高达17％的光电转化效率，展现出了巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及在钙钛矿电池中的一类免掺杂空穴传输材料，具体来说涉及基于基于芴乙烯桥联芳香环核的免掺杂空穴传输材料的合成方法及其在钙钛矿电池中的应用。

背景技术

寻找绿色、可持续发展能源以及寻求一种解决化石能源带来的污染及其面临日益枯竭的问题的方法已经迫在眉睫，基于此，各种清洁、无污染、可再生的新能源如太阳能、风能等如雨后春笋应运而生，其中，太阳能的高效利用在应对能源危机及相关问题显现出极大的应用价值和前景。而通过将太阳能转化成电能的应用技术研究至关重要。光伏太阳能电池利用半导体的光伏打效应工作原理可以将太阳能直接转化成电能的一种器件。光伏打效应为太阳光照射下半导体，半导体吸收光波中的光子进而形成激子(空穴-电子对)，在内建电场的作用下，空穴- 电子对有效分离后迁移至电极收集，在外接电路条件下形成电流的回路。

经过技术的革新导致太阳能转化为电能的技术在过去几十年来持续不断地进步发展。以单晶硅基为代表的第一代太阳能电池在过去四十年里一直是光伏器件的主要类型，基于此类电池制备成本昂贵，光伏科研者设计开发了以碲化镉 CdTe和铜铟镓硒/硫化物CIGs为代表的第二代太阳能电池，但是此类器件在大面积柔性器件制备方面存在缺陷，科学家继续开发以染料敏化太阳能电池(DSSC) 有机太阳能电池(OSCs)以及钙钛矿电池(PSCs)的第三代太阳能电池。尤其是 PSCs，凭借出色的载流子迁移率以及高效的光吸收引起了光伏研究者的广泛重视。尽管单晶硅太阳能电池获得了超过25％的光电转化效率(Power conversion efficiency,PCE)，基于第一代和第二代为主导的太阳能电池地位正面临PSCs 严重挑战。在短短近十年时间里，便从最初3.8％的PCE[JournaloftheAmericanChemical Society,2009,131,6050-6051]提升到了NREL认证的24.2％。

如何保持器件室温效率和稳定性依然是钙钛矿电池在商业化道路上面临的主要难题，也是当前研究的热点方向。空穴传输材料(HTM)是钙钛矿电池器件的重要组成部分，HTM的引入对钙钛矿电池效率的提升带来了巨大的推动作用。例如，性能优异的2,2,7,7'-四(N,N-二甲氧基苯基胺)9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD) 就是杰出的空穴传输材料代表。但是Spiro-MeOTAD合成成本高昂，不利于商业化推广。此外，高效率PSCs的获取需要使用t-BP、LiTFSI以及钴配位化合物等掺杂剂，掺杂剂的使用导致PSCs在吸湿性方面显著的增加，进而加速电池的老化，致使PSCs的效率不稳定。因此，设计开发出更为廉价、高效以及免掺杂的 HTM成为PSCs领域的一大研究热点。

发明内容

本发明的目的之一在于提供两种应用于钙钛矿电池的免掺杂空穴传输层材料。

本发明的目的之二在于提供两种基于芴乙烯桥联芳香环核的免掺杂空穴传输材料的合成方法。

本发明的目的之三在于这种免掺杂空穴传输材料可以在钙钛矿电池方面进行应用。

本发明的技术方案是：

基于芴乙烯桥联芳香环核的免掺杂空穴传输材料，该材料具有以下结构式：

基于芴乙烯桥联芳香环核的免掺杂空穴传输材料，该材料具有以下结构式：