一种稠环酰亚胺空穴传输材料及其制备方法和钙钛矿太阳能电池应用技术

本发明专利技术公开了一种稠环酰亚胺空穴传输材料及其制备方法和钙钛矿太阳能电池应用，该稠环酰亚胺空穴传输材料，以大共轭稠环酰亚胺结构为中心构建单元，通过D

【技术实现步骤摘要】
一种稠环酰亚胺空穴传输材料及其制备方法和钙钛矿太阳能电池应用


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体为一种稠环酰亚胺空穴传输材料及其制备方法和钙钛矿太阳能电池应用。

技术介绍

[0002]2009年，日本科学家Miyasaka领导的科研小组首次报道了基于有机无机杂化钙钛矿的太阳能电池(perovskite solar cells)，并取得了3.8％的光电转化效率。经过十年的快速发展，钙钛矿太阳能电池已经成为最具吸引力的新能源技术。然而，目前钙钛矿太阳能电池的稳定性较传统太阳能电池还有一定的差距，提升钙钛矿太阳能电池的稳定性是实现钙钛矿太阳能电池产业化的关键。作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，空穴传输材料的半导体特性对电池的光电转换效率和稳定性起着至关重要的作用。目前，钙钛矿太阳能电池多选用PTAA或Spiro
‑
OMeTAD作为空穴传输材料，然而这些分子由于主体单元空间位阻较大，分子在薄膜中的相互作用较弱，导致空穴迁移率低、导电性差，因此需要通过掺杂有机锂盐等添加剂来提高空穴传输性能。然而这类掺杂添加剂对水氧敏感，制备的器件稳定性较差，价格高昂，无法满足商业需求。因此，设计开发低成本、高效率的非掺杂有机空穴传输材料对提升钙钛矿太阳能电池稳定性，降低电池制作成本具有重要的意义。

技术实现思路

[0003]鉴于上述技术问题，本专利技术目的在于提供了一种稠环酰亚胺空穴传输材料及其制备方法和钙钛矿太阳能电池应用，该类材料具有合成简单、电荷迁移率高、稳定性好等有点，可以作为非掺杂型空穴传输材料应用到钙钛矿太阳能电池中。
[0004]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0005]一种稠环酰亚胺的化合物，该化合物具有如下所示的结构式：
[0006][0007]R1选自C1
‑
C30取代或为、未取代的烷基，C2
‑
C30取代或未取代的烯基，C2
‑
C30取代或未取代的炔基，C3
‑
C30取代或未取代的环烷基，C6
‑
C60取代或未取代的芳基，C3
‑
C30取代或未取代的杂环芳基，C1
‑
C30取代或未取代的烷氧基，C1
‑
C30取代或未取代的硅烷基；R2选自氢，重氢，卤素，氰基，C1
‑
C30取代或为、未取代的烷基，C2
‑
C30取代或未取代的烯基，C2
‑
C30取代或未取代的炔基，C3
‑
C30取代或未取代的环烷基，C6
‑
C60取代或未取代的芳基，C3
‑
C30取代或未取代的杂环芳基，C1
‑
C30取代或未取代的烷氧基，C1
‑
C30取代或未取代的烷硫基，C1
‑
C30取代或未取代的硅烷基；
[0008]X1、X2分别为取代或未取代的C原子或N原子；
[0009]Ar为具有给电子特性的芳胺结构单元，具体表现为取代或未取代的二苯胺、三苯胺、咔唑结构单元。
[0010]优选地，R1选自C1
‑
C30的直链、支链烷基或烷基聚醚。
[0011]优选地，Ar结构单元选自如下结构单元的任意一种：
[0012][0013]酰亚胺化合物结构通式包含且不限于如下化合物：
[0014][0015][0016]基于上述通式的化合物，上述化合物具有良好的光电特性，并可以作为空穴传输材料应用到钙钛矿太阳能电池器件中。
[0017]本专利技术提供一种含有上述化合物的钙钛矿太阳能电池器件，该化合物作为空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池器件中。
[0018]进一步的，钙钛矿太阳能电池器件至少有一个功能层包括上述化合物。且该功能层可以为空穴传输层。
[0019]本专利技术相对于现有技术相比，具有显著优点：本专利技术设计、合成出了新型的基于稠环酰亚胺结构和芳胺单元的有机化合物。在该类分子中：1、并稠环酰亚胺结构单元具有良好的共轭特性，以及平面性，可以保证材料在薄膜中形成有效的Π
‑
Π堆积，进而拥有良好的电荷迁移率；2、通过D
‑
A
‑
D的分子设计策略，在稠环酰亚胺结构单元的端基修饰芳胺结构，进一步调控材料的HOMO能级，同时提升材料的空穴特性，最终实现材料良好的空穴传输特性，此外，材料的稳定性良好、合成简单、原料易得、可溶液加工，作为空穴传输材料应用到钙钛矿太阳能电池中，由于良好的空穴传输特性、优异的稳定性，材料表现出优异的性能；3、酰亚胺结构可以进一步钝化钙钛矿层，实现高光电转化效率的同时还可以有效提升了电池的稳定性。基于本专利技术的空穴传输材料无需掺杂即可获得高光电转化效率，对比目前常用的空穴传输材料Spiro
‑
OMeTAD，稳定性具有明显优势，具有取代目前空穴传输材料的潜力，具备良好的产业化前景。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的钙钛矿太阳能电池器件的结构示意图。
具体实施方式
[0021]结合实施例对本专利技术做进一步说明
[0022]本专利技术的合成过程如下
[0023][0024]实施例1
[0025]合成化合物C
‑1[0026][0027]化合物C
‑
1的具体合成路线
[0028]化合物1
‑
3合成：
[0029]称取化合物1
‑
1(1equiv)和化合物1
‑
2(10equiv)加入反应瓶中，依次加入甲苯
(0.1mmol每10mL)，催化量的碘，光照情况下搅拌反应(光源：400nm，LED，70W)，连续光照反应，TLC监控反应进程，反应完全后，将反应液倒入大量的甲醇中，过滤得到粗产物，依次用正己烷、丙酮清洗，选用氯仿、甲醇重结晶，得到目标化合物1
‑
3，产率为78％。
[0030]化合物C
‑
1合成：
[0031]称取1g化合物1
‑
3，化合物1
‑
4(2.5equiv)，K2CO3(3equiv),Pd2(PPh3)4(0.1equiv)，水10mL，甲苯70mL，加入到200mL烧瓶中，用隔膜泵置换氮气三次，加热回流反应20小时候后，冷却至室温，水洗并用二氯甲烷萃取，硅胶柱提纯得到化合物C
‑
1，产率为78％。
[0032]元素分析：(C100H98N6O8S2)理论值：C,76.21；H,6.27；N,5.33；O,8.12；实测值：C,76.23；H,6.24；N,5.32；O,8.16，HRMS(ESI)m/z：理论值：1575.69；实测值：1576.70(M+1)
+
。
[0033]实施例2
[0034]合成化合物C
‑2[0035][0036]化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稠环酰亚胺空穴传输材料，其特征在于，所述的稠环酰亚胺空穴传输材料的化合物具有如下所示的结构式：R1选自C1
‑
C30取代或为、未取代的烷基，C2
‑
C30取代或未取代的烯基，C2
‑
C30取代或未取代的炔基，C3
‑
C30取代或未取代的环烷基，C6
‑
C60取代或未取代的芳基，C3
‑
C30取代或未取代的杂环芳基，C1
‑
C30取代或未取代的烷氧基，C1
‑
C30取代或未取代的硅烷基；R2选自氢，重氢，卤素，氰基，C1
‑
C30取代或为、未取代的烷基，C2
‑
C30取代或未取代的烯基，C2
‑
C30取代或未取代的炔基，C3
‑
C30取代或未取代的环烷基，C6
‑
C60取代或未取代的芳基，C3
‑
C30取代或未取代的杂环芳基，C1
‑
C30取代或未取代的烷氧基，C1
‑
C30取...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙华，王士凡，董黎明，金家乐，堵锡华，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：