[发明专利]基于二噻吩并苯并咪唑的无掺杂空穴传输材料及其制备方法与在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开了一种基于二噻吩并苯并咪唑的无掺杂空穴传输材料及其制备方法与在钙钛矿太阳能电池中的应用。该类空穴传输材料是以二噻吩并苯并咪唑基团为核心，三苯胺基团为供体的新型无掺杂空穴传输材料。本发明的无掺杂空穴传输材料引入了大共轭核心结构能够促进分子间的π‑π堆积，提高空穴迁移率，外围三苯胺基团使材料具有良好的溶解性和成膜性。所述材料利用的原料成本低，合成步骤简单。通过光物理性质、电化学性能和热稳定性测试表明，该类无掺杂空穴传输材料能级与钙钛矿活性层相匹配，热稳定性好。将该无掺杂空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池中，获得了最高达16.9%的光电转化效率，展现出良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及有机光电材料领域，具体涉及一类基于二噻吩并苯并咪唑的无掺杂空穴传输材料及其制备方法与在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池(PSCs)是一种将太阳能转化为电能的新型固态光电转化器件。2009年日本科学家Miyasaka等首次报道将钙钛矿吸光材料应用到太阳能电池中构建了钙钛矿太阳能电池，并取得了3.8％的光电转化效率，引起人们极大的关注。近年来，随着科研工作者对钙钛矿太阳能电池的深入研究，目前该类型电池光电转化效率最高已超过25％。钙钛矿太阳能电池不仅光电转化效率高，而且还兼具低成本、可溶液加工等优良性能，使之成为最有希望替代传统硅太阳能电池的新兴光伏技术。

空穴传输材料(HTM)作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，在钙钛矿太阳电池中起着提取和传输空穴、抑制载流子复合、促进钙钛矿结晶、保护钙钛矿层等重要作用，其性能的优劣直接影响着电池的光伏性能。当前，最常用的空穴传输材料是2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴(spiro-OMeTAD)应用于钙钛矿太阳能电池虽然取得了优异的光伏性能，但其缺点是合成步骤较多、纯化工艺较为复杂，造成合成成本较高。另外，其需要添加化学掺杂剂来提高相对较低的空穴迁移率，而掺杂剂的引入一方面会加速钙钛矿层的降解，对电池器件的稳定性造成较大的影响；另一方面会增加电池的额外成本，并且对环境有危害等，不利于电池的大面积商业化应用(Wang S,Huang Z,Wang X,etal.Unveiling the Role of tBP-LiTFSI Complexes in Perovskite Solar Cells[J].Journal of the American Chemical Society,2018,140(48):16720-16730)。尽管目前已有许多研究致力于开发新的空穴传输材料作为spiro-OMeTAD的替代物，但报道的大多数替代物仍然不能很好的兼容低成本和无掺杂的要求(Liu F,Li Q,Li Z.Hole-Transporting Materials for Perovskite Solar Cells.Asian Journal of OrganicChemistry,2018,7(11):2182-2200；Rezaee E,Liu X,Hu Q,et al.Dopant-Free HoleTransporting Materials for Perovskite Solar Cells.Solar RRL,2018,2(11):1800200)。因此开发新型廉价高效无掺杂的空穴传输材料替代spiro-OMeTAD具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一类基于二噻吩并苯并咪唑的无掺杂空穴传输材料及其制备方法与在钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明的目的之一在于克服现有空穴传输材料的不足，提供一种合成成本低、光电转化率高、无需掺杂的空穴传输材料。

本发明的目的之二在于提供一种基于二噻吩并苯并咪唑的无掺杂空穴传输材料的合成方法。

本发明的目的之三在于所述基于二噻吩并苯并咪唑的无掺杂空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。