[发明专利]一种含苯并噻二唑单元的非掺杂空穴传输材料及制备与应用

说明书

本发明属于有机光电材料领域，公开了一种含苯并噻二唑单元的非掺杂空穴传输材料及制备与应用。所述含苯并噻二唑单元的空穴传输材料具有式(I)所示的化学通式。本发明的空穴传输材料的两端由对称的苯并噻二唑连接二甲氧基三苯胺构成，中间部分则是含有芳基或杂环芳基的连接基团。该空穴传输材料不仅具有功函数可调、非掺杂态的高空穴迁移率及优异的溶液加工成膜性特点，其电化学、热稳定性和无需添加剂掺杂的优势可以在提升钙钛矿太阳电池的光电转化性能、稳定性的同时降低电池的制备成本，在钙钛矿太阳电池等光电器件领域极具应用前景。

技术领域

本发明属于有机光电材料领域，具体涉及一种含苯并噻二唑单元的非掺杂空穴传输材料及制备与应用。

背景技术

太阳能是迄今为止最广泛和清洁的可再生能源，因此新兴光伏技术在科技行业乃至全社会都引起了极大关注。自2009年敏化太阳电池钙钛矿被报道以来，钙钛矿材料的光电性能研究方面取得了巨大的进展，其中固态钙钛矿太阳电池(PSC)在近十年取得了重要进展。2019年，PSC的能量转换效率(PCE)已飙升至23.7％，其发展速度远远超过其他新兴技术。因此，PSC是将一项极具前景的低成本/高效率光伏技术。

PSC技术目前大规模化应用的主要障碍仍然是由于光，热，氧和湿度敏感性而导致PSC的低稳定性和快速降解。这些问题有望通过钙钛矿组份调整，界面修饰以及封装等技术来逐步解决。十分肯定的是，界面层在PSC中起到电荷传输和提高器件稳定性的关键作用。与固态染料敏化太阳电池一样，PSC中也需要空穴传输层的结构，掺杂的Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)已成为用于构建最有效的钙钛矿电池器件的高效空穴传输材料(HTM)。然而，由于其复杂的化学合成和昂贵的成本，Spiro-OMeTAD不适用于大规模应用；此外，使用Spiro-OMeTAD还会导致材料再结晶和添加剂迁移，从而降低器件的稳定性。因此，必须开发高效、稳定和低成本的非掺杂的空穴传输材料，作为spiro-OMeTAD替代品，用于钙钛矿太阳电池器件。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种含苯并噻二唑单元的空穴传输材料。

本发明的另一目的在于提供上述含苯并噻二唑单元的空穴传输材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述含苯并噻二唑单元的空穴传输材料在制备钙钛矿太阳电池中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种含苯并噻二唑单元的空穴传输材料，具有式(I)所示的化学通式：

式中，R为含有芳基或杂环芳基的连接基团。

优选的，所述R为以下1～29中任一项所述的连接基团：

其中，R₁，R₂，R₃，R₄为H或C1～C20烷烃基中的任一种，可彼此相同或不同。

上述含苯并噻二唑单元的空穴传输材料的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将4-硼酸酯-4',4'-二甲氧基三苯胺、4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑、钯催化剂溶于有机溶剂中，再加入碱水溶液，在氮气保护和室温下搅拌均匀，然后加热到90～130℃反应8～24h，经过分离纯化得到中间产物4-(7-溴-2,1,3-苯并噻二唑-4-基)-N,N-双(4-甲氧基苯基)苯胺(TBB)；