[发明专利]有机空穴传输材料、太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及以螺二芴为核心的有机空穴传输材料、太阳能电池及制备方法。

背景技术

太阳能电池是直接将太阳能转换为电能的装置。从传统的硅太阳能电池到目前以染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池为代表的新型电池都得到了迅速发展。

全固态钙钛矿敏化太阳能电池在近两年发展迅速，成为国际上的一个研究热点。在钙钛矿太阳能电池器件结构中，空穴传输材料是其中关键的部分，它起到传导空穴的作用。采用有机空穴传输材料代替液态电解质可以组装成全固态钙钛矿敏化太阳能电池，能解决液态电解质的挥发泄露问题。目前国际上文献报道的高效率钙钛矿太阳能电池器件中大部分使用的是sprio-MeOTAD作为空穴传输层，例如文献(1)Dianyi L，Timothy L.K.nature photonics 2014,8,133-138；文献(2)Michael M.L,Joel T,Tsutomu M,Takurou N.M,Henry J.S,science 2012,338,643-647；(3)Ball J M,Lee M M,Hey A,Snaith H J,Energy Environ.Sci.,2013,6,1739–1743等中所报道。为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，科学家们一直也在探索新型的有机空穴传输材料列如文献(1)Anurag K，Dharani S，Hairong L，Jun Y，Pablo P.B,Cesare S，Subodh G.M，Andrew C.G,Chem.Sci.,2014,5,2702–2709；(2)Nam J J,Hag G L，Young C K，Jangwon S，Jun H N，Jaemin L，Sang S，J.Am.Chem.Soc.2014,136,7837-7840；(3)Hairong L，Kunwu F，Anders H，Michael G，Subodh G.M,Andrew C.G,Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,4085–4088等中所报道。

虽然目前的研究取得了一定的进展，但现有的全固态钙钛矿敏化太阳能电池的空穴传输材料还存在诸多问题：例如溶解性不佳、易结晶，制成的全固态钙钛矿敏化太阳能电池的光电转换效率并不高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供有机空穴传输材料、太阳能电池及制备方法，旨在解决现有的空穴传输材料溶解性不佳、易结晶、光电转换效率不高的问题。

本发明的技术方案如下：

一种有机空穴传输材料，其中，其结构通式为：

化合物IV结构式中，R₁和R₂指代C1-C12烷基中的一种。

一种有机空穴传输材料，其中，其结构通式为：R指代C1-C12烷基中的一种。

一种如上所述的有机空穴传输材料的制备方法，其中，包括步骤：

a.格式试剂反应：惰性气体保护下，将2-溴联苯溶于非极性溶剂中，然后滴加至镁屑中，制备格氏试剂；将芴酮溶于非极性溶剂中，然后滴加至上述格式试剂中，反应一段时间后，得到产物1；

b.氧化取代反应：将步骤a所得产物1加入到浓硫酸、乙酸和水的混合溶液中，加热后，加入碘和碘酸，反应一段时间得产物2；

c.溴-胺缩合：惰性气体保护下，将N,N-二烷基苯胺溶于二甲基亚砜中，再加入4-溴苯胺、L-脯氨酸、碘化亚铜和碳酸钾，升温至90℃～100℃，反应一段时间后，得到产物3；

d.在惰性气体保护下，将步骤b所得产物2和步骤c所得产物3溶于弱极性溶剂中，加入有机磷配体、钯催化剂和强碱，加热反应，得到产物IV。

所述的有机空穴传输材料的制备方法，其中，所述步骤a中非极性溶剂为乙醚或四氢呋喃，反应时间为12小时～24小时；所述步骤b中加热温度为90℃～100℃，反应时间为4小时～5小时；所述步骤c中反应时间为24小时～48小时；所述步骤d中加热温度为110℃～120℃，反应时间为12小时～48小时。

所述的有机空穴传输材料的制备方法，其中，所述步骤d中的有机磷 配体为三甲基膦、三苯基膦或三叔丁基膦，钯催化剂为Pd(PPh₃)₄、PdCl₂(dppf)或Pd(OAc)₂。