[发明专利]一种联二萘基有机聚合物空穴传输材料及其合成方法和应用

说明书

本发明涉及一种联二萘基有机聚合物空穴传输材料及其合成方法和应用。该类化合物以可调能级的三芳胺基团作为给电子单元，以具有一定螺旋结构的联二萘基为聚合物骨架，通过使用不同的侧链其串联形成高聚物，具有式(PI)所示结构。所述化合物聚合反应采用非钯催化的聚合反应，条件温和，产率高，成本低廉。该类化合物具有非共轭聚合物主链结构，具有良好的柔性、溶解性和成膜性，可以用于制备钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层。钙钛矿前驱液在空穴传输层表面浸润性良好，可以制备出高质量钙钛矿晶体，实现高效光电转换和延长电池使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种联二萘基有机聚合物空穴传输材料及其合成方法和应用。

背景技术

太阳能电池能够有效利用清洁可再生的太阳能，实现高效光电转换，有望解决日益严峻的能源危机和环境污染问题。钙钛矿太阳能电池是一种基于有机-无机杂化钙钛矿材料制备的新型太阳能电池。2009年，钙钛矿太阳能电池第一次面世时的效率只有3.8％(JACS,2009,131(17):6050)，但是10年后的今天，钙钛矿太阳能电池的实验室效率便跃升至25.2％。然而，由于钙钛矿太阳能电池器件稳定性较差，制约了其商业化推广应用。因此，优化钙钛矿电池的关键材料，保证器件高效光电转换，同时延长电池的使用寿命，对实现能源和环境的可持续发展具有重要的现实意义。

由空穴传输材料制备的空穴传输层，是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，具有空穴抽取、传输和抑制电荷复合的重要作用。特别在倒置结构钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿光敏层沉积在空穴传输层之上，因此，空穴传输层的薄膜质量决定了钙钛矿结晶质量，进而影响到电池器件的光电转换效率和使用寿命。目前，高效率的倒置结构钙钛矿太阳能电池使用最多的空穴传输材料是聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)，但是PTAA一方面提纯复杂，导致其成本较高，另一方面为了获得高导电性，PTAA具备较高的分子聚合度，但是，高聚合度容易导致材料的溶解性不好、成膜性较差，致使薄膜的致密性和平整性不佳，不利于钙钛矿结晶，空穴传输层和钙钛矿层的薄膜缺陷会引起电池内部电荷复合，造成电池的效率和稳定性下降(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,12529.；Science2018,359,1391-1395)。目前的解决策略主要是采用分子工程，在材料分子中引入多个烷(氧)基长链或者引入磺酸基团，以增强聚合物的溶解性和成膜性。然而，较多长链易引起分子堆积密度低，导致材料空穴迁移率降低；磺酸基团使分子呈现弱酸性，会破坏钙钛矿材料，不利于提高钙钛矿电池的器件稳定性。

本发明采用联二萘基为中心母核结构，在其侧链酚羟基引入烷基、酯基等多种官能团，构筑非全程共轭结构的聚合物主链，以制备出高效率、良好钙钛矿前驱液浸润性和薄膜形态稳定的空穴传输材料，应用于钙钛矿太阳能电池，获得高光电转换效率和器件稳定性，这也是本发明中重点阐述的技术问题。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种联二萘基有机聚合物空穴传输材料及其制备方法；

本发明目的之二在于，提供上述联二萘基有机聚合物空穴传输材料的用途。

本发明的技术方案

本发明所提供的联二萘基有机聚合物空穴传输材料具有如下式(PI)的结构通式：

式(PI)中：R为C1～C12烃基、C1～C12烷氧基、C1～C12烷基硫醚。Ar为C2～C6烃基、间位或对位苄基，邻位、间位或对位苯甲酰基，氟取代的邻位、间位或者对位苯甲酰基，噻吩二甲酰基，或者具有乙氧基桥的噻吩二甲酰基。

在本发明的一个优选技术方案中，Ar为式1、式2、式3、式4、式5、式6、式7、式8、式9、式10、式11、式12、式13、式14所示基团。