[发明专利]一种非对称空穴传输材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种非对称空穴传输材料及其制备方法与应用，该材料是以四噻吩并吡咯为分子核，两侧分别以甲氧基三苯胺、茚并[1,2‑b]咔唑为外围修饰基团，本发明的空穴传输材料能够有效协同两侧外围修饰基团的优点，利用茚并[1,2‑b]咔唑的刚性、平面化空间构型增强空穴传输材料分子间的相互作用，提升电导率和空穴迁移率，利用甲氧基三苯胺三维扭曲空间结构抑制界面载流子复合；此外，分子对称性的降低，还能够有效提高材料的溶解成膜性能，利于得到高质量的非晶态薄膜。本发明的非对称空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池中，电池器件短路光电流密度达22.98 mA cm^‑2，开路电压为1.099 V，填充因子0.7923，光电转化效率高达20.01%，显示广阔的商业应用前景。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种非对称空穴传输材料及其制备与应用。

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）具有制备工艺简单、材料易调变、成本低廉等优点，最新的认证效率已经达到25.2%（National Renewable Energy Laboratory，NREL，2019）。空穴传输层作为PSCs重要的组成部分，起到收集钙钛矿吸收层的光生空穴并将其传输到对电极的重任，同时还有效抑制器件界面电子复合，对电池效率和稳定性定起到至关重要的影响。目前，钙钛矿太阳能电池中的空穴传输材料应用最为广泛、且高效的空穴传输材料是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，Spiro-OMeTAD分子的合成制备成本高昂，由其制备的钙钛矿太阳能电池稳定性差，限制了其商业化的大范围应用。因此，基于分子工程，开发高效、稳定、价格低廉的能替代Spiro-OMeTAD的新型空穴传输材料显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种非对称空穴传输材料，本发明的非对称空穴传输材料能够有效协同两侧不同外围修饰基团的优点，利用茚并[1,2-b]咔唑的刚性、平面化空间构型增强空穴传输材料分子间的相互作用，提升电导率和空穴迁移率，利用甲氧基三苯胺三维扭曲空间结构抑制界面载流子复合；本发明的另一目的在于提供该空穴传输材料的制备方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种非对称空穴传输材料，该材料是以四噻吩并吡咯为分子核，两侧分别以甲氧基三苯胺、茚并[1,2-b]咔唑为外围修饰基团，化学结构式为：

。

本发明的进一步改进方案为：

一种非对称空穴传输材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：使式（1）化合物和式（2）化合物发生Still偶联反应生成式（3）化合物；

；

S2：使式（3）化合物和溴代甲氧基三苯胺发生偶联反应生成式（4）化合物，即非对称空穴传输材料；

。

进一步的，在所述的S1中，使式（1）化合物在溶剂甲苯中，在四三苯基膦钯催化作用下，与式（2）化合物发生Still偶联反应生成式（3）化合物，其中各物质用量以物质的量计，式（1）化合物：式（2）化合物：四三苯基膦钯=1: 1~2: 0.01~0.2；反应时间为4~12 h。