[发明专利]一种四胺芘电聚合空穴传输材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开了一种四胺芘电聚合空穴传输材料及其制备与其在太阳能电池中的应用。所述四胺芘的结构式如式I所示。该类化合物含有电化学活性的三芳胺结构单元，其在二氯甲烷等溶剂中可以电化学原位聚合成膜，该电聚合薄膜具有良好的空穴迁移率以及电子阻挡性能，且制备工艺简单、成本低。通过光物理性质和电化学性能测试表明，所述电聚合空穴传输材料能级与钙钛矿能级相匹配。将其作为空穴传输层应用于钙钛矿太阳能电池中，具有良好的光电转换效率和稳定性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种四胺芘电聚合空穴传输材料及其制备与其在太阳能电池中的应用。

背景技术

经典的spiro-OMeTAD是一类含三芳胺结构的空穴传输材料，但是它的合成步骤复杂(五步)、提纯不易且价格昂贵(500美元/克,Merck；实验室制备成本大于100美元/克)。而且该类空穴传输材料空穴迁移率较低，通常需要使用双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)和叔丁基吡啶(TBP)等添加剂来提高空穴迁移率和调节能级。但是由于Li-TFSI的吸湿性质，导致钙钛矿加速降解。此外，随着TBP的蒸发会与钙钛矿反应对PSCs的长期稳定性造成新的威胁。因此，添加剂的使用不仅增加了器件制备的复杂性和成本，还限制了器件的长期稳定性。

目前，大多数空穴传输材料都需要掺杂旋涂制备空穴传输层。电化学原位聚合成膜工艺简单、成本低，聚合与薄膜沉积一步完成，膜的形成只需要几秒或者几分钟，膜厚能通过聚合圈数、速度等控制。而且能够在电聚合薄膜制备过程中实现薄膜的电化学掺杂，这种方法比一般的化学掺杂更为简单。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可电化学聚合的四胺芘化合物。

本发明所提供的四胺芘化合物，其结构式如式I所示：

式I。

本发明的再一个目的是提供式I所示四胺芘化合物的制备方法。

本发明所提供的式I所示四胺芘化合物的制备方法，包括下述步骤：

在碱性条件下，将式II所示化合物与4-硼酸三苯胺在钯催化下发生Suzuki偶联反应，得到式I所示四胺芘化合物；

式II

上述方法中，所述Suzuki偶联反应在回流状态下进行，所述回流的温度可为80℃-140℃，回流的时间可为12h-48h；

所述碱性条件由碱提供；

所述碱可为叔丁醇钠、叔丁醇钾、碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、磷酸钾和氢氧化钠中的一种或者多种；

所述钯催化剂具体可为醋酸钯、双三苯基磷二氯化钯、四(三苯基膦)钯和钯/碳中的一种或者多种；

式II所示化合物、4-硼酸三苯胺、碱、钯催化剂的摩尔比依次可为1:(4-8):(4-20):(0.01-0.10)；

所述Suzuki偶联反应可在溶剂中进行，所述溶剂可为甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二氧六环、二甲基甲酰胺、乙醇和二甲基亚砜中的一种或者多种。

所述反应在惰性气氛中进行，所述惰性气氛具体可为氮气气氛。

上述式II所示化合物的制备方法为本领域已知的方法，具体可包括下述步骤：

1)将1,3,6,8-四溴芘与2-噻吩硼酸进行反应，得到式III所示化合物；

2)将式III所示的化合物进行溴化反应，得到II所示化合物；

式III