[发明专利]一种空穴传输材料及其合成方法与应用

说明书

本发明公开了一种空穴传输材料，尤其是以二噻吩并[3,2‑b:2',3'‑d]吡咯为核、咔唑为端基的空穴传输材料，还公开了上述空穴传输材料的合成工艺，以及上述空穴传输材料在制备钙钛矿太阳能电池中的应用，和利用上述型空穴传输材料制成的钙钛矿太阳能电池。该空穴传输材料具有较高的玻璃化转变温度、合适的HOMO能级和适中的光学带隙，制备的钙钛矿太阳能电池器件最高的光电转换效率＞18％；该合成方法步骤简单，制备成本较低。

技术领域

本发明属于空穴传输材料技术领域，具体涉及一种空穴传输材料及其合成方法与应用，尤其是涉及一种以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯为核、咔唑为端基的空穴传输材料及其合成方法与应用。

背景技术

当前，以化石能源为代表的不可再生能源的过度开发与使用，造成了日益严重的能源枯竭和环境恶化等问题。太阳能具有清洁无污染、辐射总量巨大以及无地域限制等突出优点，得到研究人员广泛的关注。

第三代新型太阳能电池，包括：有机太阳能电池(OPVs)、染料敏化太阳能电池(DSSCs)，量子点太阳能电池(QSCs)以及钙钛矿太阳能电池(PSCs)等，制备工艺简单、可溶液法加工、成本低廉，展现出优异的应用前景。其中，钙钛矿太阳能电池(PSCs)自2009年起，经过十年发展，其光电转换效率(PCE)从最初的3.8％增长至目前的25.5％，成为当前新能源领域最具竞争力的光伏技术之一。

如图1所示，钙钛矿太阳能电池器件由五部分组成，分别是透明导电电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及金属背电极。空穴传输材料是钙钛矿太阳能电池的关键材料之一，在器件中主要起到提取和运输空穴、阻挡电子和抑制载流子界面处积累与复合的作用。理想的空穴输运层应该具备：(1)优异的空穴迁移率和导电率；(2)匹配的能级(3)优异的溶解能力和成膜性；(4)高热稳定性、光化学稳定性以及高疏水性；(5)商业化生产成本低等。

常见的空穴传输材料包括无机类、聚合物类和小分子三大类材料。其中，小分子空穴传输材料结构多样、可溶液加工，是最具竞争力的空穴传输层材料。2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)是目前最广泛应用的小分子空穴传输层。但Spiro-OMeTAD合成路线复杂、成本高，严重限制了其商业化应用(ACSAppl.Mater.Interfaces.2015,7(21):11107-11116.)。因此，设计、开发新型高效的有机小分子空穴传输材料成为业界的研究热点之一。

发明内容

本发明的第一个目的在于提出一种空穴传输材料，尤其是以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯为核、咔唑为端基的空穴传输材料，该空穴传输材料具有稳定性良好、价格低廉、易于调节以及良好的空穴传输性能。

本发明的第二个目的在于提供上述空穴传输材料，尤其是以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯为核、咔唑为端基的空穴传输材料的合成方法，该合成方法工艺简洁，整体制备成本低。

本发明的第三个目的在于提供上述空穴传输材料，尤其是以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯为核、咔唑为端基的空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池方面的应用。

本发明的上述第一个目的可以通过以下技术方案来实现：

一种空穴传输材料，尤其是以二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯为核、咔唑为端基的空穴传输材料，其结构式如下：

具体地，R为不同的烷基链，分别为正己基或2-乙基己基，R的结构式如下：

具体地，X为不同的侧链原子或基团，分别为氢原子、烷氧基或卤素原子，具体为氢原子、甲氧基或氟原子，X的具体结构式如下：

X＝H、OMe或F。