[发明专利]一种芳胺取代苯并二吲哚类有机空穴传输材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种芳胺取代苯并二吲哚类有机空穴传输材料的制备方法及其应用，属于钙钛矿太阳能电池应用领域。本发明所述的空穴传输材料合成路线简单，原料廉价易得、易于纯化、溶解度高、稳定性好，能作为空穴传输材料应用于反式平面钙钛矿太阳能电池。用本发明设计的芳胺取代苯并二吲哚类有机空穴传输材料制备的反式平面钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率，很好的稳定性。本发明设计的芳胺取代苯并二吲哚类有机空穴传输材料为基于反式平面钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料提供了新的选择。

技术领域

本发明属于有机功能材料技术领域，具体涉及一种芳胺取代苯并二吲哚类有机空穴传输材料及其制备方法，以及在反式平面钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

自2009年日本科学家Miyasaka等首次报道钙钛矿太阳能电池以来(J.Am.Chem.Soc.2009，131，6050-6051)，在短短的十年时间里钙钛矿太阳能电池取代了突飞猛进的发展。目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率记录已经超过25.0％(www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html)，其光伏产业技术变革带了新的希望，具有广泛的应用前景。空穴传输材料(HTM)是构成高效钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，开发和设计制备简单且性能优异的空穴传输层材料对钙钛矿太阳能电池的发展具有非常重要的意义。

聚噻吩类有机空穴传输材料，如PEEOT：PSS(聚乙撑二氧噻吩：聚对苯乙烯磺酸)常用于制备反式平面钙钛矿太阳能电池，并能获得较高的光电转换效率。然而，PEEOT：PSS易吸潮，且具有酸性会腐蚀透明导电电极，降低了钙钛矿太阳能电池的稳定性。芳胺类化合物常作为电子给体应用于有机光电材料的设计，芳胺类空穴传输材料被广泛应用于钙钛矿太阳能电池中，并获得很高的光电转换效率。芳胺类空穴传输材料在反式平面钙钛矿太阳能电池中的应用也取得了一系列进展。然而目前基于反式平面钙钛矿太阳能电池的芳胺类空穴材料自身在可见光区域具有一定的吸收，降低了钙钛矿材料的有效光吸收，不利于器件光电转换效率的提升。此外，制备简单，成本低廉的高效空穴传输材料的开发对钙钛矿太阳能电池的产业化具有非常重要的意义。

发明内容

本发明通过分子设计，以苯并二吲哚为核，通过芳胺类基团取代构建了一种新型的有机空穴传输材料，并应用于反式平面钙钛矿太阳能电池中。此类空穴传输材料为白色粉末，在可见光区域没有吸收，并且分子能级与钙钛矿材料相匹配、溶解性好，稳定性高，易于合成，具有潜在的应用价值。该发明避免了空穴传输材料在反式平面钙钛矿太阳能电池中的无效光吸收，从而提高了钙钛矿太阳能电池的光电性能、提高了电池的稳定性，并且降低了电池的制作成本。

本发明的另一目的在于提供一种芳胺取代苯并二吲哚类化合物的制备方法，其制备操作过程简单、反应条件温和，产率较高，提纯工艺简单，具有很高的应用价值。

本发明提供的一种芳胺取代苯并二吲哚类有机空穴传输材料，其结构通式(II)：

式(II)，R₁为C₁～C₆烷烃链的任意一种；R₂为三苯胺、二甲氧基三苯胺、苯基咔唑等给电子基团，具体为下列结构的一种：

所述的一种芳胺取代苯并二吲哚类有机空穴传输材料的合成方法为：N-烷基吲哚、与4，4’-二溴苯偶酰发生缩合反应，得到苯并二吲哚类中间体1；中间体1与芳胺类硼酸酯发生Suzuki偶联反应，最终得到芳胺取代苯并二吲哚类有机空穴传输材料LGY-1，LGY-2，LGY-3，LGY-4。