[发明专利]一类口字型格空穴传输材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一类口字型格空穴传输材料及其制备方法与应用，属于有机光电材料制备与纳米技术领域。本发明中口字型格空穴传输材料是由两种类芴基团组成的对称刚性闭环结构，其中，一种类芴基团属于9‑苯基芴衍生物，可延伸出两个连接点；另一种类芴基团具有与咔唑、噻吩相类似的几何构型，具有棱角分明的鲜明特点。此外，口字型格可以作为构建网格的节点或者构建复杂结构的单元，其多维可扩展性为一维、二维、三维共价纳米聚合物的设计提供新思路，因其具有优良的热学、光学和电化学稳定性，在有机储能、存储、传感、检测等光电功能材料领域具有潜在的应用前景。其结构通式如下：

技术领域

本发明涉及一类口字型格空穴传输材料及其制备方法与应用，属于有机光电材料制备与纳米技术领域。

背景技术

太阳能电池是一种通过吸收太阳光而产生电能装置，它对降低常规能源消耗和节约社会成本具有重要意义。在诸多太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池(Perovskite solarcells,PSCs)自2009年被报道以来，其光电转换效率已突破24％(Nature,2019,567(7749),511-515)。然而与经典的有机光伏器件相比，PSCs仍面临光电转换效率较低、稳定性较差等问题，这严重制约了其面向商业化的应用发展。因此，如何改善PSCs的性能以及研究功能层材料的载流子传输性能成为一种重要的研究课题。

在改善PSCs性能方面，空穴传输材料是一个不可忽视的调控因素。截止目前，已报道的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料分子大多以单螺环为核，芳香胺作为臂。例如Sun课题组近期报道了系列螺芴氧杂蒽(SFX)为核的空穴传输材料，其中X55取得了20.8％的光电转换效率(Chem,2017,2(5),676-687)；Nazeeruddin课题组运用简单的不对称螺环结构的芴-二噻吩构建的空穴传输材料并得到高达20.2％的光电转换效率(Nature Energy,2016,1(2),15017)；Chi课题组探究了不同的杂原子对空穴传输材料中的螺二芴的性能影响(Advanced Energy Materials,2017,7(19),1700823)。由此可见，目前报道的螺环基空穴传输材料主要以单螺环骨架为主，其分子设计体系仍较为单一。

有鉴于此，需要开发新的螺环基空穴传输材料，来丰富材料设计的体系范畴。

发明内容

本发明的目的在于开发一种新型结构的口字型格空穴传输材料及其制备方法与应用，该口字型格空穴传输材料具有良好的光谱稳定性及热稳定性，该制备方法具有反应条件温和、高产率、高选择性、后处理简单、绿色无毒等优点。

为实现上述目的，本发明提供了一类口字型格空穴传输材料，该口字型格空穴传输材料是由两种类芴基团组成的对称刚性闭环结构，其中，一种类芴基团属于9-苯基芴衍生物，可延伸出两个连接点；另一种类芴基团具有与咔唑、噻吩相类似的几何构型，其化学结构通式为：

作为本发明的进一步改进，化学结构通式中Ar1选自式2至式9所示结构中的片段或者其重复单元：

其中，X为O、N或S，R₁至R₅为H或具有1至12个碳原子的直链、支链、环状烷基链或环状烷氧基链，且其中一个或多个碳原子被芳基、烯基、炔基、羟基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基中的一个或多个取代。

作为本发明的进一步改进，化学结构通式中Ar2选自式10至式13所示结构中的片段或者其重复单元：

作为本发明的进一步改进，化学结构通式中Ar3选自式14至式17所示结构中的片段或者其重复单元：