[发明专利]一种螺[芴-9，9′-氧杂蒽]核基新型钙钛矿太阳能电池材料及其制备方法以及应用

说明书

本发明适用于钙钛矿太阳能电池空穴传输材料制备及其器件技术领域，提供了一种螺[芴‑9，9′‑氧杂蒽]核基新型钙钛矿太阳能电池材料及其制备方法以及应用，采用的钙钛矿太阳能电池器件结构为单节结构。该类材料具有：(1)合成路线简单、原料易得；(2)在螺[芴‑9，9′‑氧杂蒽]核的氧杂蒽单元引入芳胺基团显著提高了材料的玻璃化转变温度和热分解温度；(3)相比于sprio‑OMeTAD，本发明中基于螺[芴‑9，9′‑氧杂蒽]核的空穴传输材料具有更高的玻璃转化温度和热分解温度、更高的氧化还原电位、更高的空穴迁移率和导电率，在钙钛矿太阳能电池和其他有机电子器件领域有巨大的应用价值和广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池空穴传输材料制备及其器件技术领域，尤其涉及一种螺[芴-9，9′-氧杂蒽]核基新型钙钛矿太阳能电池材料及其制备方法以及应用。

背景技术

空穴传输材料(hole transporting materials,HTM)是PSC(perovskite solarcells)的关键组成部分之一，一般用在钙钛矿层和金属电极之间，以改善肖特基(Schottky)接触，促使电子和空穴在功能层界面分离，减少电荷复合，同时有利于空穴传输，提高电池性能。2，2'，7，7'-四-(N，N'-二-4-甲氧基苯基氨基)-9，9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)是当前应用中最常用的小分子空穴传输材料，其光电转化效率可达21.6％。虽然spiro-OMeTAD作为空穴传输材料应用在钙钛矿电池中能取得很高的效率，但是由于其合成复杂、价格昂贵，更重要的是，spiro-OMeTAD的空穴迁移率和导电率较低，热稳定性较差和氧化还原电位较低，其使用受到一定限制，因此不利于钙钛矿电池的商业化推广，有必要寻求其他廉价高效的空穴传输材料来代替它。

螺[芴-9，9′-氧杂蒽](SFX)是近期有机半导体领域备受关注的新型螺芴类结构单元。SFX具有与螺双芴相似的刚性正交构象及性能特点，但其合成、结构上的比较优势是：i)便捷的“一锅法”合成方式，制备成本低；ii)修饰活性位点多，衍生范围宽，从而可形成系列化的空穴传输材料。

因此，本发明在系统分析当前空穴传输材料的结构与器件性能基础上，进行了材料设计和钙钛矿太阳能电池应用。利用螺[芴-9，9′-氧杂蒽]的芴端或氧杂蒽端与二苯胺偶联构成共轭体系，调控材料能级和带隙；合成条件温和、步骤简捷、合成原料廉价易得，所制备的材料具有良好的热稳定性、溶解性和成膜性；紫外可见光吸收光谱表明该种空穴传输材料具有较大的共轭结构，相比主流的空穴传输材料spiro-OMeTAD有更合适的HOMO(highest occupied molecular orbital)能级，为空穴传输提供了强大的驱动力，是一种具有潜力的钙钛矿空穴传输材料。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种螺[芴-9，9′-氧杂蒽]核基新型钙钛矿太阳能电池材料及其制备方法以及应用，旨在提供一种成本低廉、高效稳定的空穴传输材料及其制备方法与器件应用。

本发明实施例是这样实现的，一种螺[芴-9，9′-氧杂蒽]核空穴传输材料，结构为式1所示结构：

式1：

其中，R为苯胺类给电子基团，具体为以下结构中的一种：

式2：

进一步的技术方案，式1选自如下结构的化合物：

化合物1----------------------------化合物2

化合物3-----------------------------化合物4