基氮杂[7]螺烯类化合物、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种基氮杂[7]螺烯类化合物、制备方法及应用。本发明专利技术的基氮杂[7]螺烯类化合物可以作为空穴传输材料，且其空穴迀移率高。实验结果表明，采用本发明专利技术制备的基氮杂[7]螺烯类化合物作为空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池器件的能量转换效率可高达钛矿太阳能电池器件的能量转换效率可高达钛矿太阳能电池器件的能量转换效率可高达钛矿太阳能电池器件的能量转换效率可高达

【技术实现步骤摘要】
基氮杂[7]螺烯类化合物、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于太阳电池材料领域，具体涉及一种基氮杂[7]螺烯类化合物、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]有机无机杂化的钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)凭借其优异的光电性能，成为了目前的研究热点之一。在PSCs中，空穴传输材料(HTM)在空穴提取和传输过程中避免了钙钛矿层和电池正极的直接接触，减少电子空穴的复合，改善了钙钛矿层表面形态，是PSCs器件的关键组成部分。性能优异的HTM应具备以下几种性能(1)与钙钛矿层相匹配的HOMO、LUMO能级；(2)高空穴迁移率和电导率；(3)原料成本低，合成制备简单，且在高温高光高湿度等条件下物理化学性质稳定。
[0003]现有技术中，钙钛矿太阳能电池中最广泛使用的有机空穴传输材料主要为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，同时该材料空穴迀移率较低，从而导致钙钛矿太阳能电池能量转换效率低。通常需要采用双(三氟甲基磺酰亚胺)锂(LiTFSI)、叔丁基吡啶(t
‑
BP)等进行p型掺杂来提高空穴迀移率，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。
[0004]螺烯是通过多个芳香环邻位稠合而成的多环芳烃化合物，有着独特的螺旋结构，分子间的堆积容易产生更多的分子间接触，有利于提高电荷迁移率；并提高了分子的溶解度，有利于器件的溶液加工。
[0005]参考文献：
[0006]1.Yin,W.
‑
J.；Shi,T.；Yan,Y.,Unique Properties of Halide Perovskites as Possible Origins of the Superior Solar Cell Performance[J].Advanced Materials 2014,26,4653
‑
4658.
[0007]2.Stranks,S.D.；Snaith,H.J.,Metal
‑
Halide Perovskites for Photovoltaic and Light
‑
emitting Devices[J].Nature Nanotechnology 2015,10,391
‑
402.
[0008]3.Zhao,X.；Wang,M.,Organic Hole
‑
transporting Materials for Efficient Perovskite Solar Cells[J].Materials Today Energy 2018,7,208
‑
220.
[0009]4.Hawash,Z.；Ono,L.K.；Qi Y.B.Recent Advances in Spiro
‑
MeOTAD Hole Transport Material and Its Applications in Organic
–
Inorganic Halide Perovskite Solar Cells[J].Adv.Mater.Interfaces 2018,5,1700623.
[0010]5.Sharmoukh,W.；Al Kiey,S.A.；Ali,B.A.；Menon,L.；Allam,N.K.,Recent Progress in the Development of Hole
‑
Transport Materials to Boost the Power Conversion Efficiency of Perovskite Solar Cells[J].Sustainable Materials and Technologies 2020,26,e00210.
[0011]6.Shen,Y.,Chen,C.F.Helicenes:Synthesis and Applications[J].Chem.Rev.2012,112,1463
‑
1535.

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，并提供了一种基氮杂[7]螺烯类化合物及其制备方法和在空穴传输材料、太阳能电池中的应用。
[0013]为实现上述目的，本专利技术具体采用的技术方案如下：
[0014]第一方面，本专利技术提供了一种基氮杂[7]螺烯类化合物BA7
‑
HTM，其结构式如式I所示：
[0015][0016]其中：R选自H、C1～C12烃基或Cl～C16烷氧基；D选自二胺类基团：
[0017][0018]R'选自H、C1～C12烃基或Cl～C16烷氧基。
[0019]优选的，所述烃基为直链烃基或支链烃基。
[0020]优选的，所述烷氧基为直链的烷氧基或支链烷氧基。
[0021]优选的，BA7
‑
HTM的优选形式为BA7
‑
BMCA
‑
C6、BA7
‑
BMCA
‑
C8、BA7
‑
BDBA或BA7
‑
BDNA，其结构式分别如式Ⅱ～式V所示：
[0022][0023][0024]第二方面，本专利技术提供了一种上述第一方案中任一方案所述基氮杂[7]螺烯类化合物的制备方法，其具体为：先合成式VI所示的化合物BA7
‑
2Br，再将化合物BA7
‑
2Br与式VII所示的化合物D反应，合成式I所示的化合物BA7
‑
HTM；
[0025][0026]第二方面，本专利技术提供了一种上述第一方案中任一方案所述的基氮杂[7]螺烯类化合物作为空穴传输材料的应用。
[0027]第三方面，本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池的空穴传输层材料为一种上述第一方案中任一方案所述的基氮杂[7]螺烯类化合物。
[0028]优选的，从上到下依次由基底、透明氧化物电极、电子传输层、光活性层、空穴传输
层与金属电极组成。
[0029]进一步的，所述的电子传输层材料为二氧化钛。
[0030]进一步的，所述的光活性层材料为钙钛矿。
[0031]本专利技术提供的基氮杂[7]螺烯类空穴传输材料的迀移率高，制备得到的钙钛矿太阳能电池能量转换效率高。实验结果表明，采用本专利技术制备的基氮杂[7]螺烯类化合物作为空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池器件的能量转换效率可高达
附图说明
[0032]图1是PSC器件的结构示意图，其中的空穴传输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基氮杂[7]螺烯类化合物，其结构式如式I所示：其中：R选自H、C1～C16烃基或Cl～C16烷氧基；D选自二胺类基团：R'选自H、C1～C16烃基或Cl～C16烷氧基。2.根据权利要求1所述的基氮杂[7]螺烯类化合物，其特征在于，所述烃基为直链烃基或支链烃基。3.根据权利要求1所述的基氮杂[7]螺烯类化合物，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的基氮杂[7]螺烯类化合物，其特征在于，其结构式如式Ⅱ～式V任一所示：
5.一种如权利要求1所述基氮杂[7]螺烯类化合物的制备方法，其特征在于，先合成式VI所示的化合物BA7
‑
2Br，再将化合物BA7

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鸣，唐泽丰，张雨燕，李天宇，贺丽飞，王鹏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：