[发明专利]无掺杂有机小分子空穴传输材料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无掺杂有机小分子空穴传输材料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。上述无掺杂有机小分子空穴传输材料，作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的材料，十分有利于钙钛矿吸光层空穴的提取，无需掺杂和氧化等步骤，提高了器件的稳定性，低成本高质量的薄膜特性有望促进了钙钛矿太阳能电池大规模商业化生产。

技术领域

本发明涉及有机材料领域，特别是涉及一种无掺杂有机小分子空穴传输材料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池具有优异的光电性能，短短几年内在光伏技术领域取得了快速的进展，到目前为止，认证的效率达到了25.5％，已经达到了商业化应用标准，成为取代常规薄膜太阳能电池最具潜力的候选者，但是其稳定性严重抑制了其应用。

钙钛矿材料与空穴传输材料对于钙钛矿太阳能电池的稳定性有较大影响。常用的三维钙钛矿材料对湿度，温度和光照极其敏感，尤其是水分子会使钙钛矿层分解为碘化铅和有机铵盐导致；空穴传输材料除了对钙钛矿/空穴传输层界面空穴的有效提取，抑制载流子复合，还可起到钝化钙钛矿层表、面缺陷以及界面疏水，阻隔水氧的作用。传统的空穴传输材料主要有以下几类：1)导电聚合物(如P3HT、PDI、PTAA、PEDOT:PSS等)；2)无机P型半导体(如NiO、 CuSCN、CuI、CuO₂等)；3)有机小分子空穴传输材料(如Spiro-OMeTAD、 TAPC)等。虽然一般常用的空穴传输材料导电聚合物如：PEDOT:PSS具有良好的透过率和空穴迁移率等优点，但是PEDOT:PSS本身呈弱酸性，可能会导致基板腐蚀，并且它含有PSS亲水单元，有较强的吸湿性，作为空穴传输材料会严重影响器件的性能，PEDOT:PSS与钙钛矿层的界面势能损失也限制了器件的开路电压，从而影响了器件的光电转化效率。无机P型半导体在倒置结构中虽然疏水性强且稳定性高，但是其对溶剂有很大的选择性，成膜能力较差。研究中使用最多的有机小分子空穴传输材料如PTAA、Spiro-OMeTAD都有着较高的光电转化效率(PCE)，然而在制备空穴传输层的过程中往往需要通过掺杂来提高电导率和空穴迁移率，添加剂处理会使空穴传输材料发生降解从而破坏器件稳定性能，此外此类有机小分子空穴传输材料还存在价格昂贵且产率低的劣势。

发明内容

基于此，为了提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，有必要提供一种无掺杂有机小分子空穴传输材料、钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。

本发明提供一种无掺杂有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构式如式I所示：

其中，X、Y各自独立地选自-H或-F；

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆各自独立地选自C6烷基、C8烷基和-H中的一种，其中，R₁、R₂和R₃中至多有一个为-H，R₄、R₅和R₆中至多有一个为-H。

在其中一个实施例中，所述C6烷基为直链烷基，所述C8烷基为直链烷基。

在其中一个实施例中，所述无掺杂有机小分子空穴传输材料的结构式中的 X、Y、R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆选自X和Y为-F，R₁、R₃、R₄和R₆为直链C8 烷基，R₂和R₅为-H、

X和Y为-H，R₁、R₃、R₄和R₆为直链C8烷基，R₂和R₅为-H以及