[发明专利]一种基于茚并[1,2-b]咔唑的空穴传输材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种基于茚并[1,2‑b]咔唑的空穴传输材料及其制备方法和应用，该材料是以富电子的茚并[1,2‑b]咔唑为外围修饰基团，四噻吩并吡咯为分子核的刚性平面化分子,其结构通式如下：，式中，R₁为C1~C12直链、支链烷基或烷氧基链的一种，R₂，R₃为C1~C12直链或支链烷基。本发明的空穴传输材料合成路线简单、易分离提纯，且表现出优异的溶解成膜性、高效的空穴提取效率。本发明的基于茚并[1,2‑b]咔唑的空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池中，电池器件短路光电流密度为23.87mA cm^‑2，开路电压为1.112 V，填充因子为0.7923，光电转化效率高达21.03%，显示广阔的商业应用前景。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于茚并[1,2-b]咔唑的空穴传输材料及其制备与应用。

背景技术

作为新一代光伏科技，钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells，简称PSCs）具有制备工艺简单、材料易调变、成本低廉、效率高等优点。空穴传输层作为PSCs重要的组成部分，起到收集钙钛矿吸收层的光生空穴并将其传输到对电极的重任，同时还有效抑制器件界面电子复合，对电池效率和稳定性定起到至关重要的影响。目前，钙钛矿太阳能领域应用最为广泛的高效空穴空穴传输材料是2,2’,7,7’-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9’-螺二芴（Spiro-OMeTAD）。然而，Spiro-OMeTAD分子的合成制备成本高昂，由其制备的钙钛矿太阳能电池稳定性差，限制了其商业化的大范围应用。因此，基于分子工程，开发高效、稳定、价格低廉的能替代Spiro-OMeTAD的新型空穴传输材料显得尤为重要。

开发非烷氧基三苯胺的新型外围电子给体单元，是构筑新型高效空穴传输材料一种有效的策略。烷氧基三苯胺非平面的扭曲空间构型限制的分子间的相互作用，降低了光生空穴的传输分离效率，同时烷氧基的存在还导致了空穴分子稳定性能的下降。因此，我们基于茚并[1,2-b]咔唑的刚性稠环结构单元，以其作为外围修饰基团，通过与四噻吩并吡咯分子核结合，构建出共轭程度更高、共平面化的新型空穴传输材料。同时，我们通过合成条件的优化，通过一步法制备出空穴分子，有效降低了合成成本，使得该类空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中应用具有更高的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于茚并[1,2-b]咔唑的空穴传输材料，该材料是以茚并[1,2-b]咔唑为外修电子修饰单元，四噻吩并吡咯为分子核的高度共轭共平面化的分子，其具有优异的热稳定性能、高效的电导率和空穴迁移率、良好的溶解成膜性；本发明的另一目的在提供该空穴材料的制备方法，通过一步法合成、步骤简单，反应条件容易控制，产品易于分离提纯、纯度高，合成成本低廉；本发明的再一目的是提供该空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于茚并[1,2-b]咔唑的空穴传输材料，该材料是以四噻吩并吡咯为分子核，富电子的茚并[1,2-b]咔唑为外围修饰基团的刚性平面化分子，其结构通式如下：

；

式中，R₁为C1~C12直链、支链烷基或烷氧基链的一种，R₂，R₃为C1~C12直链或支链烷基。

上述的一种基于茚并[1,2-b]咔唑的空穴传输材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：