[发明专利]一种线性有机空穴传输材料及其制备和应用

说明书

本发明公开一种线性有机空穴传输材料及其制备和应用，本发明的线性有机空穴传输材料是以刚性共平面的噻吩稠杂环为母体核，其线性平面化的分子构型能有效提升空穴迁移率和导电率，该材料具有良好的溶解成膜性能和优异的光热稳定性。本发明线性有机空穴传输材料的制备方法合成路线简单、原料易得、成本低廉，应用于钙钛矿太阳能电池中时，电池器件短路光电流密度达22.31mA cm^‑2，开路电压为1.094V，填充因子0.756，光电转化效率达到18.45％，提高了钙钛矿太阳能电池的效率，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体是一种线性有机空穴传输材料及其制备和应用。

背景技术

作为新一代光伏科技，钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells，简称PSCs)具有材料易调变、效率高、制备工艺简单、成本低廉等优点。空穴传输层作为PSCs重要的组成部分，主要作用是收集并传输由钙钛矿吸收层注入的空穴，实现电子-空穴有效分离，此过程对电池效率起到重要的影响。空穴传输材料主要分为有机空穴传输材料和无机空穴传输材料两大类。无机空穴传输材料的可选择范围较窄，对应器件的光电转换效率相对较低；而有机空穴传输材料由于分子设计灵活，光谱和能级易于调节，因此，研发新型的有机空穴传输材料是提高电池效率和稳定性的有效手段。

专利CN105037179B公开了一种新型空穴传输材料及其制备方法和应用，最高能达到11.3％的光电转化效率；专利CN106748832B公开了基于螺[3,3]庚烷-2,6-螺二芴的空穴传输材料，最高能达到12.95％的光电转化效率；专利CN107915744A公开了一种以二噻吩并吡咯为核的有机空穴传输材料及其制备和应用，光电转化效率达到16.2％。虽然目前在空穴传输材料的研究上取得了一定的进展，但是在成本、稳定性和光电转化效率等方面仍然存在很大的改进空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种线性有机空穴传输材料。

本发明的另一目的在于提供上述线性有机空穴传输材料的制备方法。

本发明还有一个目的在于提供上述线性有机空穴传输材料的的应用，可用于制备钙钛矿太阳能电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种线性有机空穴传输材料，具有以下式(Ⅶ)的化学结构式：

本发明的线性有机空穴传输材料是以刚性共平面的噻吩稠杂环为母体核，其线性平面化的分子构型能有效提升空穴迁移率和导电率，该材料具有良好的溶解成膜性能和优异的光热稳定性。

本发明还提供了上述线性有机空穴传输材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，制备化合物Ⅰ、化合物Ⅲ和化合物Ⅵ，所述化合物Ⅰ的结构式为：

所述化合物Ⅲ的结构式为：

所述化合物Ⅵ的结构式为：

步骤二，将化合物Ⅰ先与二异丙基氨基锂反应，再与无水氯化铜反应生成化合物Ⅱ，所述化合物Ⅱ的结构式为：

步骤三，将化合物Ⅱ与化合物Ⅲ进行Buchwald-Hartwig偶联环合反应，生成化合物Ⅳ，所述化合物Ⅳ的结构式为：

步骤四，将化合物Ⅳ先与正丁基锂作用，再与三丁基氯化锡反应生成化合物Ⅴ，所述化合物Ⅴ的结构式为：