[发明专利]一种富勒烯衍生物及其制备方法和钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明涉及钙钛矿太阳能电池材料技术领域技术领域，提供了一种富勒烯衍生物及其制备方法和钙钛矿太阳能电池。富勒烯衍生物化学结构中卟啉环与酯基可以与钙钛矿太阳能电池内的铅离子进行螯合而固定钙钛矿薄膜晶界处配位饱和的铅离子，实现降低电池中铅泄露的风险；其结构中含有的富勒烯基团具有优异的电子传输能力，而且其功能基团可以通过化学相互作用而有效钝化钙钛矿薄膜中的缺陷，进而提高器件的光电转换效率。因此，本发明提供的富勒烯衍生物不但具有固化钙钛矿电池中铅离子的能力，从而降低电池铅泄露风险；而且利用本发明提供的富勒烯衍生物制备的钙钛矿太阳能电池还具有较好的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池材料技术领域，尤其涉及一种富勒烯衍生物及其制备方法和钙钛矿太阳能电池。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化合物半导体作为吸光材料的太阳能电池，其作为第三代新型太阳能光伏电池，具有高光电转换效率、可柔性制备、成本低、对环境的负面影响小等优良特性，引起了众多科学家的青睐。

尽管钙钛矿电池具有很多优点，但是其存在的铅污染问题不容小觑。目前，封装固铅是解决钙钛矿太阳能电池铅离子泄露问题的主要手段。由于封装固铅只是在电池外部进行阻挡铅离子泄露，并不能从根本上解决钙钛矿电池中铅离子泄露的问题。

因此，亟需提供一种材料可以将铅离子原位固化在钙钛矿电池中，从而提高钙钛矿电池中铅离子的稳定性，进而从根本上解决钙钛矿电池中铅离子泄露的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种富勒烯衍生物及其制备方法和钙钛矿太阳能电池，本发明提供的富勒烯衍生物结构中具有和铅离子配位的基团，能够螯合铅离子，从而实现对钙钛矿电池中铅离子的原位固化，最终实现从根本上解决钙钛矿电池中铅离子泄露的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种富勒烯衍生物，具有如式I所示的化学结构：

所述式I中，R₁～R₁₁独立地为H、取代的苯基、取代的C₁～C₂₀烷基或取代的C₁～C₂₀烷氧基；Fu为富勒烯。

优选地，所述取代的苯基的取代基为卤素、氨基、硫基、磺酸基或硝基；取代的C₁～C₂₀烷基的取代基为卤素、氨基、硫基、磺酸基或硝基；取代的 C₁～C₂₀烷氧基的取代基为卤素、氨基、硫基、磺酸基或硝基。

优选地，具有如式II所示的化学结构：

优选地，所述式II中的R₁～R₃为五氟苯环，Fu为富勒烯C₆₀或富勒烯 C₇₀。

本发明提供了上述方案所述富勒烯衍生物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将取代吡咯取代甲醛OHC-R₁₄、4-羟基苯甲醛和有机酸混合进行亲核取代反应，得到具有卟啉结构的化合物；

所述取代吡咯中R₁₂和R₁₃独立地为H、取代的苯基、取代的C₁～C₂₀烷基或取代的C₁～C₂₀烷氧基；

所述取代甲醛OHC-R₁₄中R₁₄为取代的苯基、取代的C₁～C₂₀烷基或取代的C₁～C₂₀烷氧基；