[发明专利]一种基于噻咯稠杂环的空穴传输材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及空穴材料技术领域，公开了一种基于噻咯稠杂环的空穴传输材料，该空穴材料以噻咯稠杂环为中心核，噻吩‑三苯胺为外围修饰基团，化学结构式为空穴分子的多S结构特征，有助于提升空穴传输层与钙钛矿层的界面作用，增强电子‑空穴的分离与传输效率，提高空穴提取效率。本发明的含硅稠五环的空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池中，其器件的光电转化效率能够高达19.41％，并且表现出高效的器件稳定性能，具有较大的商业应用价值。

技术领域

本发明涉及空穴材料技术领域，特别涉及一种基于噻咯稠杂环的空穴传输材料及其制备方法和应用。

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、成本低廉等优点，最新的认证效率已经达到25.2％(National Renewable Energy Laboratory，NREL，2019)。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，钙钛矿太阳能电池中的空穴传输材料应用最为广泛、且高效的空穴传输材料是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。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于噻咯稠杂环的空穴传输材料及其制备方法和应用。空穴分子的多S结构特征，有助于提升空穴传输层与钙钛矿层的界面作用，增强电子-空穴的分离传输效率，提高空穴提取效率。本发明的基于噻咯稠杂环的空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池中，其器件的光电转化效率能够高达19.32％，并且表现出高效的器件稳定性能，具有较大的商业应用价值。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于噻咯稠杂环的空穴传输材料，具有式(6)的化学结构式：

本发明的进一步改进方案为：

上述式(6)化合物的制备方法，包括如下步骤：

S1：使式(1)化合物和式(2)化合物发生环化偶联反应生成式(3)化合物；

S2：使式(3)化合物发生溴化应生成式(4)化合物；

S3：使式(4)化合物与式(5)化合物发生偶联反应生成式(6)化合物；

优选地，在所述S1中，使式(1)化合物在溶剂无水四氢呋喃中，在正丁基锂的作用下，与式(2)化合物发生反应生成式(3)化合物，其中各物质用量以物质的量计，式(1)化合物：式(2)化合物：正丁基锂＝1：1～1.5：1～4：反应时间为8～12h。

优选地，在所述S2中，使式(3)化合物在溶剂四氢呋喃中与N-溴代丁二酰亚胺发生溴化反应生成式(4)化合物，其中各物质用量以物质的量计，式(3)化合物：NBS＝1：2～3；反应时间为0.1～2h。

优选地，在所述S3中，使式(4)化合物在溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在钯催化剂、有机磷配体、有机酸和碳酸钾的作用下，与式(5)化合物进行反应得到式(6)化合物，其中各物质用量以物质的量计，式(4)化合物：式(5)化合物：钯催化剂：有机磷配体：有机酸：碳酸钾＝1:2～6:0.02～0.1:0.02～0.5:0.2～1:2～4，反应时间为6～36h。