[发明专利]一种芴改性锌卟啉空穴传输材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种芴改性锌卟啉空穴传输材料及其制备方法与应用。本发明化合物结构式如式I所示，R₁选自金属锌、铜、铁和镍中的至少一种；R₂选自甲氧基或甲硫基；其作为芴改性锌卟啉空穴传输材料。它的制备方法如下：将不同基团修饰的二芳胺基团与溴代苯环修饰的卟啉溶于有机溶剂1中，依次加入碱、钯催化剂和三特丁基膦，在氮气条件下进行偶联反应，反应所得化合物与金属盐反应，即得到式I所示化合物。上述的式I所示化合物应用于制备钙钛矿太阳能电池中空穴传输层中。本发明化合物合成方法简单，且在钙钛矿太阳能电池制备的常用溶剂中均有较好的溶解性；具有良好的空穴传输性能以及电子阻挡性能，实现19.31％的能量转换效率，具备较好的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种芴改性锌卟啉空穴传输材料及其制备方法与应用，属于光电领域。

背景技术

作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，空穴传输材料扮演着极其重要的角色。尽管相当多的空穴传输材料已经被开发，但有机小分子Spiro-OMeTAD依旧是当下使用最为广泛的空穴传输材料，然而Spiro-OMeTAD合成的复杂性所带来的高成本可能不利于钙钛矿太阳能电池商业化应用。因此，低成本高性能的空穴传输材料的研究依旧值得进一步探索。卟啉类分子及其衍生物具有独特的平面π共轭构造，这使得卟啉分子具有非常好的π堆积以及良好的迁移率。此外已有研究表明芴结构在空穴传输材料中可以实现能级调控和迁移率改善。因此，亟需合成一种具有卟啉类分子优异的性质的化合物，其应用于FA_xMA_1-xPbI₃型钙钛矿太阳能电池。

发明内容

本发明的目的是提供一种芴改性锌卟啉空穴传输材料及其制备方法与应用。

本发明用具有芴修饰的三芳胺基团与锌卟啉构建了一种空穴传输材料实验结果表明，它们具有合适的能级分布和以及良好的空穴传输能力；将其作为空穴传输层应用于钙钛矿太阳能电池，实现良好的光电转换效率(19.31％)及长期稳定性，因此其应用前景良好。

本发明提供的一种化合物，其结构式如式I所示：

式I中，R₁选自金属锌、铜、铁和镍中的至少一种；R₂选自甲氧基或甲硫基。

上述的化合物中，式I中，所述R₁为锌，R₂为甲氧基。

本发明中，所述式I所示化合物作为芴改性锌卟啉空穴传输材料。

最优选的式I所示化合物作为空穴传输材料，具体为式II所示结构的化合物，记为ZnP-FL：

本发明提供了上述的式I所示化合物的制备方法，包括如下步骤：1)将式Ⅲ所示不同基团修饰的二芳胺基团与式Ⅳ所示溴代苯环修饰的卟啉溶于有机溶剂1中，依次加入碱、钯催化剂和三特丁基膦，在氮气条件下进行偶联反应，即得到式Ⅴ所示化合物；

2)将所述式Ⅴ所示化合物与金属盐在有机溶剂2中反应，即得到所述式I所示化合物。

上述的制备方法中，所述式Ⅳ所示化合物、式Ⅲ所示化合物、碱、钯催化剂和三特丁基膦的摩尔比可为1:4～6:4～20:0.01～0.10:1～4，具体可为1:4.97:4.97:0.1:2.09、1.02：5.07：5.07：0.1：2.13或1:4.5～5.5:4～10:0.05～0.10:1.5～3；

上述的制备方法中，步骤1)中，所述偶联反应的温度可为100～140℃，具体可为120℃、100～120℃、120～140℃或110～130℃，时间可为12～48h，具体可为24h、12～24h、24～48h或15～35h。