[发明专利]基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料合成及光伏应用

说明书

本发明的基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料合成及光伏应用属于钙钛矿太阳能材料技术领域。制备方法包括无水条件下进行Knoevengel缩合反应、无水无氧条件下进行宫浦硼基化反应、无水无氧条件下进行Suzuki偶联反应等步骤。本发明方法合成步骤简易且成本低，可实现免掺杂材料的大规模制备；制备的材料在有机‑无机铅卤钙钛矿太阳能电池中分别获得高达18.34％和16.94％的光电转化效率，展现出了巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能材料技术领域，具体涉及一种基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的免掺杂空穴传输材料合成方法及其在钙钛矿电池中的应用。

技术背景

寻找绿色、可持续发展能源以及寻求一种解决化石能源消耗过程带来的环境污染及能源日趋枯竭的问题已经迫在眉睫，基于此，各种清洁、无污染、可再生的新能源如太阳能、风能等如雨后春笋应运而生，其中，太阳能的高效利用在应对能源危机及相关问题显现出极大的应用价值和前景。而通过将太阳能转化成电能的应用技术研究至关重要。光伏太阳能电池是利用半导体的光伏打效应工作原理可以将太阳能直接转化成电能的一种器件。光伏打效应的原理是，太阳光照射下半导体吸收光波中的光子进而形成激子(空穴-电子对)，在内建电场的作用下，空穴-电子对有效分离后迁移至电极收集，在外接电路条件下形成电流回路。

经过技术的革新，太阳能转化为电能的技术在过去几十年来持续不断地进步发展。以单晶硅基为代表的第一代太阳能电池在过去四十年里一直是光伏器件的主要类型，基于此类电池制备成本昂贵，光伏科研者设计开发了以碲化镉CdTe和铜铟镓硒/硫化物CIGs为代表的第二代太阳能电池，但是此类器件在大面积柔性器件制备方面存在缺陷，科学家继续开发以染料敏化太阳能电池(DSSC)有机太阳能电池(OSCs)以及钙钛矿太阳能电池(PSCs)的第三代太阳能电池。尤其是PSCs，凭借出色的载流子迁移率以及高效的光吸收引起了光伏研究者的广泛重视。尽管单晶硅太阳能电池获得了超过25％的光电转化效率(Power conversion efficiency,PCE)，基于第一代和第二代为主导的太阳能电池地位正面临PSCs严重挑战。在短短近十年时间里，PSCs便从最初3.8％的PCE[Journal of theAmerican Chemical Society,2009,131,6050-6051]提升到了NREL认证的24.2％。

如何保持器件室温效率和稳定性依然是钙钛矿太阳能电池在商业化道路上面临的主要难题，也是当前研究的热点方向。空穴传输材料(HTM)是钙钛矿太阳能电池器件的重要组成部分，HTM的引入对钙钛矿太阳能电池效率的提升带来了巨大的推动作用。例如，性能优异的2,2',7,7'-四(N,N-二甲氧基苯基胺)-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)就是杰出的空穴传输材料代表。但是Spiro-MeOTAD合成成本高昂，不利于商业化推广。此外，高效率PSCs的获取需要使用t-BP、LiTFSI以及钴配位化合物等掺杂剂，掺杂剂的使用导致PSCs在吸湿性方面显著的增加，进而加速电池的老化，致使PSCs的效率不稳定。因此，设计开发出更为廉价、高效以及免掺杂的HTM成为PSCs领域的一大研究热点。

发明内容

本发明的目的在于，克服背景技术存在的不足，提供一种应用于钙钛矿太阳能电池的免掺杂空穴传输层材料，以及该材料的合成方法及其在太阳能电池方面的应用。

本发明的技术方案是：

一种基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料，具有以下IT-C6或IT-C8的结构式：

一种基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料的合成方法，包括如下具体步骤：