[发明专利]基于螺[3,3]庚烷-2,6-螺二芴的空穴传输材料

说明书

技术领域

本发明属于有机光电材料领域，具体为一种以螺[3.3]庚烷-2,6-螺二芴为核、甲氧基取代的二苯胺为修饰基团的新型空穴传输材料及在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

自进入新世纪以来，全球能源构成发生了巨大变化。多种新型能源蓬勃发展，不断撼动着以石油、煤炭为主的传统化石能源的主导地位。其中太阳能产业发展尤为迅猛，现已成为新型能源的重要组成部分。

近年来，新型全固态平面型太阳能电池-钙钛矿太阳能电池由于其高的转换效率、液/气相等简单的制备工艺和极低的加工成本等优点，引起了国际学术界的高度重视。目前，钙钛矿太阳能电池已成为当今光伏领域内重要的研究热点之一。这种电池由透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极五部分构成。其中空穴传输层作为一种全固态电解质，能够与钙钛矿能带结构完美结合，避免了原I/I^3-电解液分解钙钛矿吸光层带来的问题，进而提高了钙钛矿电池的稳定性和工艺重复性（Sci. Rep., 2012, 2, 591）。理想的空穴传输层应具有高的空穴传输效率、高的热力学稳定性、良好的溶解性和成膜性，同时具有一定的疏水性以保护钙钛矿吸收层（Phys. Chem. Lett., 2013, 4(21), 3623-3630）。

目前，使用最多并商业化的空穴传输材料为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，除了其潜在的HTM特征，spiro-OMeTAD的复杂合成，高成本和低载流子迁移率可能阻碍其在PSC中的大规模应用，因为它包括五个反应步骤，需要低温（-78℃）和敏感（正丁基锂或格氏试剂）和侵蚀性（Br₂）试剂，总收率小于30％（Chem. Rev. 107 (2007) 1011），而且，需要高纯度升华的spiro-OMeTAD来获得高性能器件（Angew. Chem. Int. Ed. 54 (2015) 11409）。因此，目前急需开发低成本和更直接的合成路线，以使高效小分子HTM作为太阳能电池应用中的是spiro-OMeTAD的替代物。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有空穴传输材料的不足，提供一种合成成本低、效率好的空穴传输材料替代spiro-OMeTAD。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于螺[3,3]庚烷-2,6-螺二芴的空穴传输材料，结构如下所示：

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上述基于螺[3.3]庚烷-2,6-螺二芴的空穴传输材料的制备方法，包括：将2,2’,7,7’-四溴-螺[3.3]庚烷-2,6-螺二芴、4,4’-二甲氧基二苯胺、有机碱、钯催化剂和膦配体混合，再加入甲苯，混合均匀，氮气保护下回流反应，反应完成后反应液经水洗，干燥，过柱子，脱溶剂，重结晶，得到化合物2,2’,7,7’-四（N,N-双-4-甲氧基苯基）-螺[3.3]庚烷-2,6-螺二芴。

进一步，所述有机碱为叔丁醇钾或叔丁醇钠。

进一步，所述钯催化剂为醋酸钯、Pd₂dba₃（三（二亚苄基丙酮）二钯）、Pd(PPh₃)₄（四（三苯基膦）钯）中的一种。

进一步，所述膦配体为三叔丁基膦或三邻甲基苯基膦。

进一步，所述回流反应的温度为105℃~110℃，回流时间24~36h。

进一步，所述重结晶的溶剂为正己烷、甲苯、乙酸乙酯、石油醚、二氯甲烷中的一种或任意两种的混合物。