一种空穴传输材料及其合成方法和包含该材料的器件技术

本发明专利技术公开一种空穴传输材料及其合成方法和包含该材料的器件，其结构式为：

A hole transport material and its synthesis method and devices containing the material

【技术实现步骤摘要】
一种空穴传输材料及其合成方法和包含该材料的器件
本专利技术涉及光电转换材料及器件，具体为一种空穴传输材料及其合成方法和包含该材料的器件。
技术介绍
空穴传输材料是制备光电转换器件的重要功能材料，主要应用于有机电致发光器件(OLED)、钙钛矿太阳能电池中，在OLED中，空穴传输材料具有较强的电子授予能力。空穴传输层传输载流子能力直接影响到器件的亮度、效率及寿命等作用，其次，具有发光性能的空穴传输材料由于能减少器件厚度，简化器件工艺而受到研发人员重视。钙钛矿太阳能电池是一种全新的全固态薄膜电池，具有很高的能量转换效率，成为可再生能源领域的热点研究方向。全固态薄膜电池的结构主要包括电极、电子传输层、钙钛矿吸收层及空穴传输层。其中空穴传输层是构成太阳能电池的重要成分之一。目前，常用的空穴传输材料主要有N，N’-二-(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1-联苯基-4，4-二胺和Spiro-OMeTAD。在传统的双层或多层结构器件中，现有的空穴传输材料N，N’-二-(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1-联苯基-4，4-二胺(NPB)的空穴传输的能力要强于电子传输能力10-1000倍，这会导致器件的效率下降和寿命减小。另一方面，目前常用的空穴传输材料通常热稳定性较差，如，N，N’-二-(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1-联苯基-4，4-二胺(NPB)的玻璃化温度Tg为96℃，上述这种不利因素都会加速器件的衰减，寿命较短，从而影响OLED器件在产业中的应用。在钙钛矿电池器件的多层结构中，阳极一侧为空穴传输材料(HTM)层，其作用为传输空穴和阻挡电子，从而减小两者复合的几率，提高器件的光电转换效率。目前空穴传输材料Spiro-OMeTAD合成步骤复杂，使其制备成本及钙钛矿器件的成本变高。并且，在大多数以Spiro-OMeTAD为空穴传输材料的器件中，能量转换率较低，光电性能差。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种空穴传输材料及其合成方法和包含该材料的器件，所述空穴传输材料具有优异的空穴迁移率和传输稳定性，可用于蒸镀、印刷、太阳能电池相关器件中。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种空穴传输材料，其结构式如式Ⅰ所示：其中，Ar1、Ar2和Ar3为取代或未取代的C6-C30亚芳基，亚芳基为苯基、联苯基、萘基、蒽基、稠环芳香基、多环芳香基或杂环芳香基，取代的C6-C30亚芳基中的取代基为C1-C10烷基、C1-C10烷氧基或C1-C10氰基；R1、R2和R3各自独立的为氢原子、取代或未取代的C8-C30烷烃、取代或未取代的C8-C30烯烃、取代或未取代的C8-C30炔烃、取代或未取代的C8-C30环烷烃、取代或未取代的C8-C30杂烷烃、取代或未取代的C8-C30三环烷烃、取代或未取代的C8-C30环醚烷烃或者取代或未取代的C8-C30螺环烷烃；取代的C8-C30烷烃、取代的C8-C30烯烃、取代的C8-C30炔烃、取代的C8-C30环烷烃、取代的C8-C30杂烷烃、取代的C8-C30三环烷烃、取代的C8-C30环醚烷烃和取代的C8-C30螺环烷烃中的取代基各自独立的为C1-C10烷基、C1-C10烷氧基或C1-C10氰基。优选的，Ar2与Ar3两亚芳基间相邻的邻位通过C-C键或C-O-C相连。优选的，取代或未取代的C8-C30三环烷烃为三环[3.3.1.13.7]癸烷、三环[3.3.11,5.13,7]癸烷、三环[3.2.1.02,4]辛烷、三环[5.4.0.02,9]十一烷或者三环[5.5.1.03,11]十三烷；取代或未取代的C8-C30环醚烷烃为18-冠-6或者15-冠-5。优选的，其为下列化合物中的一种：所述的空穴传输材料的合成方法，包括如下步骤：(1)将原料Ia、原料Ib和叔丁醇钠溶于乙酸乙酯中，搅拌，通氮气，升温至120～180℃，回流1～7h，降温至20～80℃，加入Pd2(dba)3和X-phos，继续升温至120～180℃，保温反应2～8h，反应结束后降至室温，搅拌下倒入水中，分液，水相再用乙酸乙酯萃取，分液，两次分液后的有机相合并，有机相干燥，过滤，滤液真空蒸馏得中间体I；反应方程式如下：(2)将中间体I、原料Ic和叔丁醇钠溶于乙酸乙酯中，搅拌，通氮气，升温至120～180℃，回流1～7h，降温至20～80℃，加入Pd2(dba)3和X-phos，继续升温至120～180℃左右，保温反应2～8h，反应结束后降至室温，搅拌下倒入水中，分液，水相再用乙酸乙酯萃取，分液，两次分液后的有机相合并，有机相干燥，过滤，滤液真空蒸馏得浓缩液，将浓缩液倒入石油醚中，有固体析出，过滤烘干得式I化合物；反应方程式如下：一种有机电致发光器件，依次包括阳极、空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层和阴极；其中，空穴传输层包含有所述的空穴传输材料。优选的，当用于印刷领域时，R1、R2和R3均不为氢原子，且R1、R2和R3中的至少两个的碳数大于等于15；当用于蒸镀领域时，R1、R2和R3中至少有一个为氢原子，且不为氢原子的R1、R2或R3的碳数为C8-C11。一种太阳能电池器件，依次包括基片、空穴阻挡层、空穴传输层和阴极，其中，空穴传输层包含有所述的空穴传输材料。优选的，R1、R2和R3均不为氢原子，且R1、R2和R3中的至少两个的碳数大于等于15。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术的空穴传输材料的特征在于整个化合物结构内具有长链烷烃、环烷烃、多环烷烃和三取代的胺结构，本专利技术的长链烷烃、环烷烃、多环烷烃的三芳胺化合物是将空穴注入、空穴输送等特性的各功能性分子进行了长链烷烃、环烷烃、三环烷烃衍生化的化合物，具备作为有机电致发光元件的材料的较好的低结晶性、玻璃化温度高和高耐热性。长链烷烃、环烷烃、多环烷烃的结构特征在于，与短链烷烃或苯基结构相比，溶解性好，使其具有制备工艺简单，其具有结晶性低但其结构立体可形成相互坚固的结构，从而降低分子的运动型，因此具有高耐热性，也可以减少运动性带来的能量损失；除此之外，芳基结构由于它的离域结构，影响到能量级别，但是长链烷烃、环烷烃、多环烷烃结构不会对离域引起的能量级别带来影响，并且碳数比苯基多，提高了分子质量，玻璃化温度高，可提高薄膜的稳定性。不仅应用于太阳能电池中，也应用于有机半导体等光电领域中。本专利技术的空穴传输材料可以成功应用于有机电致发光器件的空穴传输层，驱动电压明显低于常用空穴传输材料NPB，并且在低的驱动电压下都具有较高的效率和亮度。在色度、玻璃化温度及半衰期等方面具有优异的性能，热稳定良好。本专利技术的空穴传输材料可应用于太阳能电池中，表现出优异的光电性能。附图说明图1-44分别为实施例1-44制备的化合物的氢谱图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。实施例1：新型空穴传输材料化合物1及其合成方法包括如下步骤：(1)向四口反应瓶中依次将0.10mol原料1a、0.12mol原料1b、0.12mol叔丁醇钠溶于甲苯中，开启搅拌，通氮气，升温至120℃，回流1h。降温至20℃，加入0.0001molPd2(dba)3、0.0001molX-phos，放热不是太明显，继续升温至12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空穴传输材料，其特征在于，其结构式如式Ⅰ所示：

【技术特征摘要】
1.一种空穴传输材料，其特征在于，其结构式如式Ⅰ所示：其中，Ar1、Ar2和Ar3为取代或未取代的C6-C30亚芳基，亚芳基为苯基、联苯基、萘基、蒽基、稠环芳香基、多环芳香基或杂环芳香基，取代的C6-C30亚芳基中的取代基为C1-C10烷基、C1-C10烷氧基或C1-C10氰基；R1、R2和R3各自独立的为氢原子、取代或未取代的C8-C30烷烃、取代或未取代的C8-C30烯烃、取代或未取代的C8-C30炔烃、取代或未取代的C8-C30环烷烃、取代或未取代的C8-C30杂烷烃、取代或未取代的C8-C30三环烷烃、取代或未取代的C8-C30环醚烷烃或者取代或未取代的C8-C30螺环烷烃；取代的C8-C30烷烃、取代的C8-C30烯烃、取代的C8-C30炔烃、取代的C8-C30环烷烃、取代的C8-C30杂烷烃、取代的C8-C30三环烷烃、取代的C8-C30环醚烷烃和取代的C8-C30螺环烷烃中的取代基各自独立的为C1-C10烷基、C1-C10烷氧基或C1-C10氰基。2.根据权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，Ar2与Ar3两亚芳基间相邻的邻位通过C-C键或C-O-C相连。3.根据权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，取代或未取代的C8-C30三环烷烃为三环[3.3.1.13.7]癸烷、三环[3.3.11,5.13,7]癸烷、三环[3.2.1.02,4]辛烷、三环[5.4.0.02,9]十一烷或者三环[5.5.1.03,11]十三烷；取代或未取代的C8-C30环醚烷烃为18-冠-6或者15-冠-5。4.根据权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，其为下列化合物中的一种：5.权利要求1-4任一项所述的空穴传输材料的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚龙，李红燕，薛震，王金平，陈志伟，李林刚，闫山，王卫军，任增刚，
申请(专利权)人：陕西莱特光电材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61