[发明专利]一种以引达省并二噻吩为核心的空穴传输材料及其合成方法和应用

说明书

本发明属于有机半导体功能材料领域，涉及一种以引达省并二噻吩为核心的空穴传输材料及其合成方法，以及在钙钛矿太阳能电池中的应用。本发明以引达省并二噻吩基团为核心结构，两端连接N,N‑二甲氧基三苯胺，并在核心结构中引入不同的侧链基团，调节材料的分子构型及分子的堆积方式，进而获得不同的材料性能。本发明合成的空穴传输材料具有合成简单、能级可调、高空穴迁移率和导电性、热稳定性和化学稳定性良好等优点，将其应用于钙钛矿太阳能电池中，有助于提升其光电转换效率、增强器件稳定性、降低器件制备成本。

技术领域

本发明属于有机半导体功能材料领域，涉及一种以引达省并二噻吩为核心的空穴传输材料及其合成方法，以及在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

近十年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)因其具有成本低、效率高、制备工艺简单等优点，引起了研究学者们的广泛关注进而成为科研领域内的研究热点之一。

目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已由最初的3％快速提升至24.2％。高效的钙钛矿太阳能电池器件需要其具有良好的叠层结构，其结构主要是由钙钛矿吸收层、空穴传输层、电子传输层和电极等部分组成。在光照下，电池中的钙钛矿吸收层受激发产生电子空穴对并在界面间发生电荷分离，电子和空穴分别通过电子传输层和空穴传输层转移至两端的正负电极，进而形成一个完整的闭合回路。其中，空穴传输层对空穴的抽取和转移起着至关重要的作用。目前，经典的空穴传输材料是有机小分子空穴传输材料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，由于其合成提纯步骤复杂，使其市场价格高达1500元/克，大大增加了电池的制作成本，限制了其在工业生产中的实用性。因此，很多科学家致力于开发高效且低成本的空穴传输材料来满足钙钛矿太阳能电池的商业化需求。

众多学者们尝试选用吩噁嗪(Chen,C.；Ding,X.；Li,H.；Cheng,M.；Li,H.；Xu,L.；Qiao,F.；Li,H.ACS Appl.Mater.Interfaces 2018,10,36608.)、吩噻嗪(Ding,X.；Chen,C.；Sun,L.；Li,H.；Chen,H.；Su,J.；Li,H.；Li,H.；Xu,L.；Cheng,M.J.Mater.Chem.A 2019,7,9510.)、噻吩衍生物(Ganesan,P.；Fu,K.；Gao,P.；Raabe,I.；Schenk,K.；Scopelliti,R.；Luo,J.；Wong,L.H.；M.；Nazeeruddin,M.K.Energy Environ.Sci.2015,8,1986.Saliba,M.；Orlandi,S.；Matsui,T.；Aghazada,S.；Cavazzini,M.；Correa-Baena,J.-P.；Gao,P.；Scopelliti,R.；Mosconi,E.；Dahmen,K.-H.,Nat.Energy 2016,15017.)、三苯胺衍生物(Choi,H.；Cho,J.W.；Kang,M.S.；Ko,J.,Chem.Commun.2015,51,9305.)、三并咔唑(Rakstys,K.；Abate,A.；Dar,M.I.；Gao,P.；Jankauskas,V.；Jacopin,G.；Kamarauskas,E.；Kazim,S.；Ahmad,S.；M.；Nazeeruddin,M.K.,J.Am.Chem.Soc.2015,137,16172.)等不同的富电子稠环芳烃作为核心结构，构建类Spiro-OMeTAD结构的空穴传输材料，用来替代传统的空穴传输材料Spiro-OMeTAD。此类材料在保证良好的分子间π-π堆积作用的同时，较大程度地简化了合成步骤，大大降低了材料合成成本，实现了兼具高效且低成本的空穴传输材料的优化设计及开发。尽管如此，此类高效、经济的空穴传输材料有待进一步的优化设计及开发。

发明内容