[发明专利]一种蝎子型非掺杂有机小分子空穴传输材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种蝎子型非掺杂有机小分子空穴传输材料及其制备方法和应用，该空穴传输材料是以双噻吩并噻吩并吡咯为受体单元，在受体单元的两端噻吩和中间吡咯上分别引入三苯胺给体单元，形成蝎子型空穴传输材料，该材料具有平面性好、共轭程度高、空穴迁移率高和能级可调等优势，适用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。本发明制备方法具有操作容易，原料简单易得，成本低廉，产率高等特点。将本发明空穴传输材料应用的钙钛矿太阳能电池是由钙钛矿层、空穴传输层、电子传输层和电极组成，所述空穴传输层采用蝎子型非掺杂有机小分子空穴传输材料。钙钛矿太阳能电池的电流密度为24.44mA/cmsupgt;2/supgt;，开路电压为0.82V，光电转化效率为16.85％。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，尤其涉及一种蝎子型非掺杂有机小分子空穴传输材料及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为一种新型电池因具有消光系数高、带隙可调、电荷扩散范围长、制备工艺简单等优点而备受关注。从2009年的3.8％效率发展到目前的25.7％(J.Am.Chem.Soc.2009，131，6050；Nature，2021，592，381)，已经可与硅电池相媲美。钙钛矿太阳能电池的结构主要包括：透明导电玻璃基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极几部分。空穴传输材料(HTM)是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，它一方面收集并传输由钙钛矿吸收层注入的空穴，实现电子-空穴有效分离；另一方面改善钙钛矿层与金属电极间的肖特基接触，形成良好的欧姆接触，提高器件的效率(J.Mater.Chem.A，2018，6，18750；J.Mater.Chem.C，2020，8，13415)。

到目前为止，2，2′，7，7′-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴(Spiro-OMeTAD)已成为在PSCs中实现高效率的最广泛使用和最成功的HTM。但其价格昂贵，原始的Spiro-OMeTAD薄膜具有低电导率和迁移率，需要掺杂。掺杂剂中双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)的吸湿性和4-叔丁基吡啶(t-BP)的挥发性会对钙钛矿层进行破坏(J.Am.Chem.Soc.2018，140，16720)，导致其稳定性差。为此开发一种非掺杂有机小分子HTM来制备高效稳定的PSCs是必不可少的。

因此，我们发明了一种新型的基于双噻吩并噻吩并吡咯(DTTP)和三苯胺(TPA)结构的非掺杂有机小分子HTM，该材料具有平面性好、共轭程度高、空穴迁移率高和能级可调等优势，通过旋涂成膜的方法，将其作为空穴传输层得到了非掺杂的可溶液加工的PSCs。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是，提供了一种蝎子型非掺杂有机小分子空穴传输材料及其制备方法和应用。

本发明提供一种蝎子型非掺杂有机小分子空穴传输材料，其为一种含双噻吩并噻吩并吡咯和三苯胺基团的非掺杂有机小分子空穴传输材料，以双噻吩并噻吩并吡咯为受体单元，在受体单元的两端噻吩和中间吡咯上分别引入三苯胺给体单元，形成蝎子型非掺杂有机小分子空穴传输材料，所述非掺杂有机小分子空穴传输材料(DTTP-TPA)的结构式如下：

本发明同时提供了上述蝎子型非掺杂有机小分子空穴传输材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将市售原料噻吩并[3，2-b]噻吩与正丁基锂反应，再与三异丙基氯硅烷反应上保护基团生成化合物I，所述化合物I的结构式为：

步骤二，将化合物I与N-溴代丁二酰亚胺发生溴化反应生成化合物II，所述化合物II的结构式为：

步骤三，将化合物II先与二异丙基氨基锂反应，再与无水氯化铜发生偶联反应生成化合物III，所述化合物III的结构式为：