噻吩类化合物、其制备方法与应用、钙钛矿太阳电池技术

本发明专利技术提供了一种噻吩类化合物、其制备方法与应用、钙钛矿太阳电池，该噻吩类化合物如式(I)所示，R1与R1′各自独立地为H、C1～C12烃基或C1～C12烷氧基；R2、R3与R4各自独立地为H、C1～C12烃基、C1～C12烷氧基或C1～C12烷氧基取代的苯基。与现有技术相比，本发明专利技术提供的噻吩类化合物为并三噻吩、噻吩并吡咯或双噻吩并环戊二烯与两个三芳胺共轭偶联的结构，使其空穴迁移率较高，进而提高使具有该噻吩类化合物制备而成的空穴输运层的钙钛矿太阳电池具有较高的能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钙钛矿太阳电池
，尤其涉及一种噻吩类化合物、其制备方法与应用、钙钛矿太阳电池。
技术介绍
2009年，有机-无机杂化钙钛矿自作为光吸收材料首次被应用在太阳电池。2012年后，有关此类新型太阳电池的报道呈井喷式增长，至2016年实现了22.1％的能量转换效率，超过1cm2的器件实现了19.6％的能量转换效率(Science,2016,353,58-62)。与此同时，溶液加工的钙钛矿太阳电池，可通过roll-to-roll实现高效、大规模批量生产，相比于传统的硅基太阳电池，制造成本低、加工工艺简单，具有良好商业前景。高效的钙钛矿太阳电池中最广泛使用的有机空穴输运材料主要为2,2′,7,7′-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9′-螺二芴(Spiro-OMeTAD)。但是Spiro-OMeTAD化学结构复杂、合成路线长、价格昂贵，同时该材料空穴迁移率较低，通常需要采用双(三氟甲基磺酰亚胺)锂(LiTFSI)、叔丁基吡啶(TBP)以及双(三氟甲基磺酰亚胺)钴(FK209)进行p型掺杂来提高空穴迁移率，但这类掺杂会导致电池器件性能不稳定，同时材料费用昂贵。因此，发展新型低成本、高迁移率的空穴输运材料对于提高钙钛矿太阳电池光电性能以及加快商业化步伐都具有重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种高迁移率的噻吩类化合物、其制备方法与应用。本专利技术提供了一种噻吩类化合物，如式(I)所示：其中-A-选自-S-、R1与R1′各自独立地选自H、C1～C12烃基或C1～C12烷氧基；R2、R3与R4各自独立地选自H、C1～C12烃基、C1～C12烷氧基或C1～C12烷氧基取代的苯基。优选的，所述R1与R1′各自独立地选自H、C1～C6烃基或C1～C6烷氧基。优选的，所述R1与R1′各自独立地选自H、C1～C3烃基或C1～C3烷氧基。优选的，所述R2、R3与R4各自独立地选自H、C1～C6烃基、C1～C6烷氧基或C1～C6烷氧基取代的苯基。优选的，所述R2、R3与R4各自独立地选自H、C1～C3烃基、C1～C3烷氧基或C1～C3烷氧基取代的苯基。优选的，如式(I-1)～式(I-5)所示：本专利技术还提供了一种噻吩类化合物的制备方法，包括：将式(II)所示的化合物与式(III)所示的化合物进行反应，得到式(I)所示的噻吩类化合物；其中-A-为-S-、X选自卤原子；R1与R1′各自独立地选自H、C1～C6烃基或C1～C6烷氧基；R2、R3与R4各自独立地选自H、C1～C6烃基、C1～C6烷氧基或C1～C6烷氧基取代的苯基。本专利技术还提供了一种噻吩类化合物作为空穴传输材料的应用。本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳电池，包括噻吩类化合物。优选的，包括空穴传输层；所述空穴传输层噻吩类化合物。本专利技术提供了一种噻吩类化合物、其制备方法与应用、钙钛矿太阳电池，该噻吩类化合物如式(I)所示，R1与R1′各自独立地为H、C1～C12烃基或C1～C12烷氧基；R2、R3与R4各自独立地为H、C1～C12烃基、C1～C12烷氧基或C1～C12烷氧基取代的苯基。与现有技术相比，本专利技术提供的噻吩类化合物为并三噻吩、噻吩并吡咯或双噻吩并环戊二烯与两个三芳胺共轭偶联的结构，使其空穴迁移率较高，进而提高使具有该噻吩类化合物制备而成的空穴输运层的钙钛矿太阳电池具有较高的能量转换效率。实验结果表明，采用本专利技术制备的噻吩类化合物作为空穴传输层制备的钙钛矿太阳电池的能量转换效率可高达14.5％～16.6％。附图说明图1为本专利技术实施例5中得到的钙钛矿太阳电池的电压-电流曲线图；图2为本专利技术提供的钙钛矿太阳电池的器件结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种噻吩类化合物，如式(I)所示：其中-A-为-S-、R1与R1′各自独立地为H、C1～C12烃基或C1～C12烷氧基，优选各自独立地为H、C1～C10烃基或C1～C10烷氧基，更优选各自独立地为H、C1～C6烃基或C1～C6烷氧基，再优选各自独立地为H、C1～C3烃基或C1～C3烷氧基；在本专利技术中R1与R1′可以同时为相同的取代基，也可为不同的取代基，并无特殊的限制，优选为同时为相同的取代基。R2、R3与R4各自独立地为H、C1～C12烃基、C1～C12烷氧基或C1～C12烷氧基取代的苯基，优选各自独立地为H、C1～C8烃基、C1～C8烷氧基或C1～C8烷氧基取代的苯基，更优选各自独立地为H、C1～C6烃基、C1～C6烷氧基或C1～C6烷氧基取代的苯基，再优选各自独立地为H、C1～C3烃基、C1～C3烷氧基或C1～C3烷氧基取代的苯基。在本专利技术中，所述烃基可为直链烃基也可为支链烃基，并无特殊的限制；所述烷氧基可为直链的烷氧基也可为支链烷氧基，并无特殊的限制。在本专利技术中，所述噻吩类化合物最优选如式(I-1)～式(I-5)所示：本专利技术提供的噻吩类化合物为并三噻吩、噻吩并吡咯或双噻吩并环戊二烯与两个三芳胺共轭偶联的结构，使其空穴迁移率较高，进而提高使具有该噻吩类化合物制备而成的空穴输运层的钙钛矿太阳电池具有较高的能量转换效率。本专利技术还提供了一种上述噻吩类化合物的制备方法，包括：将式(II)所示的化合物与式(III)所示的化合物进行反应，得到式(I)所示的噻吩类化合物；其中-A-为-S-、X为卤原子，优选为Cl或Br，更优选为Br；R1为H、C1～C6烃基或C1～C6烷氧基；R2、R3与R4各自独立地为H、C1～C6烃基、C1～C6烷氧基或C1～C6烷氧基取代的苯基。所述R1、R2、R3与R4均同上所述，在此不再赘述。按照本专利技术，所述反应的条件为本领域技术人员熟知的Suzuki偶联反应条件即可，并无特殊的限制。本专利技术提供的基于稠环噻吩共轭单元的有机空穴传输材料，其结构更加简单，大大缩减了加工制备的路线。本专利技术还提供了一种上述噻吩类化合物作为空穴传输材料的应用。本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳电池，包括上述的噻吩类化合物。按照本专利技术，所述钙钛矿太阳电池优选包括空穴传输层，所述空穴传输层包括上述噻吩类化合物；所述空穴传输层的厚度优选为10～150nm。在本专利技术中，所述钙钛矿太阳电池的器件结构参见图2，依次包括基底、透明氧化物电极、电子传输层、光敏层、空穴传输层与金属电极。其中，所述基底为本领域技术人员熟知的基底即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为玻璃、石英、柔性PET或PEN。所述的透明氧化物电极为本领域技术人员熟知的透明氧化物电极即可，并无特殊限制，本专利技术中优选为氟掺氧化锡(FTO)或氧化铟锡(ITO)。所述电子传输层为本领域技术人员熟知的电子传输层即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为TiO2、PC61BM、PC71BM或ZnO。所述光敏层为本领域技术人员熟知光敏层即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为具有以下化学结构式Csx(FA0.83MA0.17)(1-x)Pb(Br0.17I0.83)3，其中0≤x≤0.1。所述金属电极为本领域技术人员熟知的金属电极即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为金、银、镁、铝或钙；所述金属电极的厚度优选为100～400nm。所述钙钛矿电池的制备方法为本领域技术人员熟知的制备方法即可，并无特殊的限制，以电子传输层为TiO2为例本专利技术优选按照以下方法进行：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种噻吩类化合物，如式(I)所示：其中‑A‑选自‑S‑、R1与R1′各自独立地选自H、C1～C12烃基或C1～C12烷氧基；R2、R3与R4各自独立地选自H、C1～C12烃基、C1～C12烷氧基或C1～C12烷氧基取代的苯基。

【技术特征摘要】
1.一种噻吩类化合物，如式(I)所示：其中-A-选自-S-、R1与R1′各自独立地选自H、C1～C12烃基或C1～C12烷氧基；R2、R3与R4各自独立地选自H、C1～C12烃基、C1～C12烷氧基或C1～C12烷氧基取代的苯基。2.根据权利要求1所述的噻吩类化合物，其特征在于，所述R1与R1′各自独立地选自H、C1～C6烃基或C1～C6烷氧基。3.根据权利要求2所述的噻吩类化合物，其特征在于，所述R1与R1′各自独立地选自H、C1～C3烃基或C1～C3烷氧基。4.根据权利要求1所述的噻吩类化合物，其特征在于，所述R2、R3与R4各自独立地选自H、C1～C6烃基、C1～C6烷氧基或C1～C6烷氧基取代的苯基。5.根据权利要求4所述的噻吩类化合物，其特征在于，所述R2、R3与R4各自独立地选自H、C1～C3烃基、C1～C3烷氧基或C1～C3烷氧基取代的苯基。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，王俊婷，李阳，董献堆，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22