[发明专利]一类兼备界面钝化与空穴传输的空穴传输材料、其制备方法及其应用

说明书

本申请公开一类兼备界面钝化与空穴传输的空穴传输材料、其制备方法及其应用，所述空穴传输材料SP‑HTL的分子结构式如下：其中X，Y=H，Cl，F，，，，，，或其他具有给电子能力的多元稠环单元。此外，本发明所设计合成的系列空穴传输材料SP‑HTL具有较深的HOMO能级、较窄的光学吸收及较强的界面钝化性能。此外，本发明专利设计合成的系列空穴传输材料SP‑HTL在器件制备过程中所需浓度较小，且在不需要添加剂情况下，均可获得较Spiro‑OMeTAD更好的光电转化效率。

技术领域

本发明属于有机合成及无机钙钛矿电池应用领域，尤其涉及一类兼备界面钝化与空穴传输的低成本双功能空穴传输材料、其制备方法及其应用。

背景技术

有机无机杂化铅卤钙钛矿太阳能电池（Organic-inorganic Hybrid Halide-leadPerovekite Solar Cells，OiHl-PSCs）由于其具有较好的载流子传输性能、较高的薄膜摩尔吸光系数、较长的激子扩散距离、较小的激子束缚能及可调的光学带隙等诸多优点而备受工业界及学术界科研人员关注。更令人感兴趣的是，科研人员通过在钙钛矿组分调节、形貌改善、界面优化及器件工艺等方面的努力，OiHl-PSCs电池效率已经从2009年的3.81%快速提升至目前的25.2%，达到无机多晶硅太阳能电池的光电转化性能。最近，日本松下公司已报道称已实现全球OiHl-PSCs太阳能大面积组件（孔径面积802 cm²：长30 cm ×宽30 cm×厚2 mm）16.09%的能量转化效率，预示着OiHl-PSCs电池有望取代无机硅基太阳能电池，并成为下一代革命性的能量转化技术。

OiHl-PSCs实现商业化的前提除了继续提升其器件的光电转化效率，提升器件的长期稳定性和降低器件成本也是未来亟需攻克的障碍难题。OiHl钙钛矿晶体一般为ABX₃的结构，A位一般为甲胺、甲脒等有机阳离子，这些有机组分本身的易挥发和吸湿性特征极大地影响了OiHl-PSCs的长期稳定性。此外，OiHl-PSCs往往需要依赖于昂贵的空穴传输材料（Spiro-OMeTAD），而且需要添加具有吸湿性或腐蚀性的添加剂（双三氟甲烷磺酰亚胺锂或4-叔丁基吡啶），不仅造成了器件制备成本的攀升，而且上述添加剂非常亲水，又容易在spiro薄膜中发生迁移形成大量孔洞，导致空气中水分的渗入或者Au电极与OiHl-PSCs钙钛矿的直接接触，引起器件性能的快速衰减，很大程度上会削弱器件的长期稳定性。科学家提出将OiHl-钙钛矿中有机组分全部替换为无机组分可以解决OiHl-钙钛矿本身存在的光、热、湿长期不稳定性。目前，科研人员已经成功地制备了CsPbI₃，CsPbI₂Br，CsPbIBr₂和CsPbBr₃四种主要类型无机钙钛矿。CsPbI₃和CsPbI₂Br虽然分别具有1.73eV and 1.92 eV的光学带隙，有利于对光子的充分捕获，然而两者极易在室温下转变为不具备光电性能的黄相晶体，特别是在潮湿的氛围中。CsPbBr₃虽然展现出极佳的稳定性，但是其2.3 eV的较宽带隙极大地限制了其对太阳光子的充分利用。因此，从太阳光吸收与稳定性的权衡对比中，CsPbIBr₂（带隙为2.05 eV）成为无机钙钛矿商业化的理想目标。此外，CsPbIBr₂钙钛矿的理论能量转化效率可达24.3%，同样显示出极大的应用价值。