[发明专利]一种螺芴苯胺衍生物及其制备方法

说明书

本发明设计了一种新型长共轭螺芴苯胺衍生物，在螺芴的骨干分子上引进了推电子基团和吸电子基团，该螺芴苯胺衍生物分子结构特殊新颖，具有垂直的螺环结构而能够有效的抑制分子间的堆积作用，增加共轭长度，更加有利于提高电荷的迁移率，从而提高电池的短路电流，从而在溶解性、空穴传输层薄膜质量等各方面具有优异的表现。所设计的新型长共轭螺芴苯胺衍生物以二‑[1‑茚酮]2,3‑并螺芴或四‑[1‑茚酮]2,3‑并螺芴为原料经过羰基还原、溴代、胺化等简单便捷的制备方法制得，产率较高，适宜工业化生产。新型长共轭螺芴苯胺衍生物作为空穴材料应用于结构为：FTO玻璃基片/致密TiO₂层/多孔TiO₂层/CH₃NH₃PbI₃(钙钛矿)层/空穴传输层/Au阳极的钙钛矿太阳能电池器件中，表现优异。

技术领域

本发明属于有机钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种螺芴苯胺衍生物及其制备方法。

背景技术

自2009年，日本桐荫横滨大学教授Tsutomu Miyasaka首次报道了一种基于钙钛矿型晶体结构(CH₃NH₃PbX₃，X代表卤族元素)为吸光材料的太阳能电池以来，钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells)引起了全世界的广泛关注。在过去短短的8年时间里，钙钛矿太阳电池的效率已经从当初的3.8％提高到了22.1％。其效率已经完全可以跟晶体硅太阳能电池的光电转化效率相媲美。更重要的是，钙钛矿晶体材料有很高的摩尔消光系数，高达10⁵。通过调节钙钛矿材料的组成，可改变其带隙和吸收光谱，制备各种颜色的电池器件。另外，钙钛矿太阳电池还具有成本低，制备工艺简单，以及可制备柔性、透明及叠层电池等一系列优点，从而显示出了广泛的应用前景。

目前在钙钛矿太阳能电池中使用最广泛的是有机小分子空穴传输材料2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’螺二芴(spiro-OMeTAD)，其光电转换效率达21.6％，但该分子的核壳结构9,9′-螺二芴的合成步骤繁多，总收率较低，大规模制备受到一定的限制。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，使用受到一定限制。

此外，还有聚三苯胺作为空穴传输材料(PTAA)，其光电转化效率也高达20％以上，但其合成步骤也是相对比较多，纯化较为困难，生产成本比较高，极大的限制了钙钛矿太阳能电池今后的大规模应用。因此，开发低成本、高效率、高稳定性的和具有市场潜力的有机空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池引起了全世界科学家和各大企业的广泛关注和投入。

发明内容

为了克服上述问题，本发明设计了一种长共轭螺芴苯胺衍生物，在螺芴的骨干分子上引进了推电子基团和吸电子基团，该螺芴苯胺衍生物分子结构特殊新颖，具有垂直的螺环结构而能够有效的抑制分子间的堆积作用。并提供了一种螺芴苯胺衍生物的制备方法，该制备方法简洁，产率较高。

具体技术方案如下：

一种螺芴苯胺衍生物，其结构为式(I)或式(II)：

R1为双芳基氨基或三芳基氨基，所述双芳基氨基或三芳基氨基中的芳基可相同或不同；

R2为羰基、丙二腈基、双烷基或双二苯氨基。

优选的，所述双芳基氨基或三芳基氨基为二苯胺基、双(4-甲氧基苯基)胺、三苯胺基、4-甲氧基-N-(4-甲氧基苯基)-N-苯基苯胺。

分子设计的原理：

(1)选择螺芴为核首先考虑到具有很好的光、电、热稳定性；