一种小分子空穴传输材料、制备方法、应用及钙钛矿电池技术

本发明专利技术属于有机光电材料技术领域，具体涉及一种小分子空穴传输材料、制备方法、应用及钙钛矿电池。小分子空穴传输材料结构式如式DTCz

【技术实现步骤摘要】
一种小分子空穴传输材料、制备方法、应用及钙钛矿电池


[0001]本专利技术属于有机光电材料
，具体涉及一种小分子空穴传输材料、制备方法、应用及钙钛矿电池。

技术介绍

[0002]在众多的光伏电池技术中，基于有机
‑
无机杂化的钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其制备简单、成本低廉、光电转换效率高，其吸光层有着高的迁移率和低的载流子符合率，载流子的迁移距离和寿命都比较长，可通过旋涂、喷涂或印刷等工艺制备可弯曲、全透明和大面积的器件，已经成为学术界和产业界的研究热点之一。
[0003]在高效的钙钛矿太阳能电池器件中，空穴传输材料(HTMs)作为钙钛矿晶体和金属电极之间重要的界面层，在促进空穴的提取、传输以及抑制钙钛矿和HTMs界面处的载流子复合等方面起着非常重要的作用，可以显著地提高器件的性能。2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴(Spiro
‑
OMeTAD)作为空穴传输材料，凭借其独特的空间垂直3D结构使之具有优异的热稳定性和光电性能，在钙钛矿太阳能电池中占据着主导的地位,但是它固有的缺点限制了钙钛矿太阳能电池的进一步发展。比如制备过程复杂且难以操作，纯化也不方便，另外，由于Spiro
‑
OMeTAD本身的空穴迁移率(10
‑6～10
‑5cm
‑2V
‑1s
‑1)较低，常采用4
‑
叔丁基吡啶、有机锂盐和钴的配合物作为添加剂来提高其迁移率，可是这些添加剂不仅增加钙钛矿太阳能电池器件的制作成本，而且会影响器件的寿命和稳定性。因此，发展新型非掺杂小分子空穴传输材料以替代Spiro
‑
OMeTAD，是目前材料研究者尤其是化学家在钙钛矿太阳能电池研究领域面对的机遇与挑战。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供一种小分子空穴传输材料，具有热稳定性好，空穴迁移率高，良好的成膜性，在非掺杂的条件下，应用到反式钙钛矿太阳能电池器件中，光电转换效率达到16％。
[0005]本专利技术提供的制备方法所获得的非掺杂有机小分子空穴传输材料有望在钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、有机场效应晶体管等其它光电半导体器件领域获得广泛应用。
[0006]本专利技术的目的之二是提供一种小分子空穴传输材料的制备方法，工艺简单、合成成本低廉、纯化方便。
[0007]本专利技术的目的之三是提供一种小分子空穴传输材料的应用。
[0008]本专利技术的目的之四是提供一种钙钛矿电池，具有高效的光电转换效率。
[0009]为解决现有技术的不足，本专利技术提供的技术方案为：
[0010]一种小分子空穴传输材料，结构式如式DTCz
‑
TPA或式TCz
‑
TPA所示：
[0011][0012]其中，R1选自直链烷基、支链烷基；R2选自直链烷基、支链烷基、直链烷氧基、支链烷氧基、直链烷巯基、支链烷巯基、芳基、卤素、羧基、氰基。
[0013]一种小分子空穴传输材料的制备方法，式DTCz
‑
TPA所示的小分子空穴传输材料的制备方法包括，
[0014]化合物6、化合物3、第六催化剂、第六配体和第六有机溶剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到式DTCz
‑
TPA所示的小分子空穴传输材料，合成路线如下：
[0015][0016]式TCz
‑
TPA所示的小分子空穴传输材料的制备方法包括，
[0017]化合物5、烷基取代的2，7
‑
二溴咔唑、第五有机溶剂和第五催化剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到式TCz
‑
TPA所示的小分子空穴传输材料，合成路线如下：
[0018][0019]其中，R选自烷基；R1选自直链烷基、支链烷基；R2选自直链烷基、支链烷基、直链烷氧基、支链烷氧基、直链烷巯基、支链烷巯基、芳基、卤素、羧基、氰基；
[0020]优选的，所述化合物5的制备方法包括，
[0021]S1：化合物1、溴苯、碱、第一催化剂、第一配体和第一有机溶剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到化合物2，合成路线如下：
[0022][0023]S2：化合物2、N
‑
溴代琥珀酰亚胺和第二有机溶剂混合后反应、分离提纯后得到化合物3，合成路线如下：
[0024][0025]S3：化合物3、2
‑
噻吩硼酸或2
‑
噻吩硼酸酯、碱、第三催化剂和第三有机溶剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到化合物4；
[0026]或者，
[0027]化合物3、2
‑
噻吩锡试剂、第三配体、第三催化剂和第三有机溶剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到化合物4；
[0028]合成路线如下：
[0029][0030]S4：化合物4与第四有机溶剂混合均匀后在低温条件下与锂试剂混合、反应后在低温条件下注入锡试剂，反应提纯后得到化合物5，合成路线如下：
[0031][0032]优选的，所述步骤S1中，所述第一有机溶剂包括甲苯、氯苯、二氧六环、乙二醇二甲醚、四氢呋喃中的一种或多种；所述碱包括叔丁醇钾、叔丁醇钠、碳酸钾、碳酸铯中的一种或多种；所述第一催化剂包括三二亚苄基丙酮二钯、醋酸钯、双(二亚芐基丙酮)钯中的一种或多种；所述第一配体包括三(邻甲基苯基)磷、三(叔丁基)磷中、三叔丁基膦四氟硼酸的一种或多种。
[0033]优选的，所述步骤S2中，所述第二有机溶剂包括四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或多种。
[0034]优选的，所述步骤S3中，所述第三有机溶剂包括甲苯、苯、氯苯、四氢呋喃中的一种或多种；所述的碱包括碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种；所述第三催化剂包括四(三苯基膦)钯、醋酸钯、二氯二三苯基膦钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、双(乙腈)氯化钯、三(邻甲苯基)膦中的一种或多种；第三配体为三环己基膦。
[0035]优选的，所述步骤S4中，所述第四有机溶剂包括四氢呋喃、二氯甲烷、乙醚中的一种或多种，所述低温条件为
‑
78℃；所述锂试剂包括正丁基锂、叔丁基锂、二异丙基氨基锂中
的一种或多种；所述锡试剂包括三甲基氯化锡、三丁基氯化锡中的一种或两种。
[0036]优选的，所述第五有机溶剂包括甲苯、苯、氯苯中的一种或多种，所述第五催化剂包括四(三苯基膦)钯、醋酸钯、二氯二三苯基膦钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、双(乙腈)氯化钯、三(邻甲苯基)膦中的一种或多种；
[0037]所述第六有机溶剂包括甲苯、苯、氯苯中的一种或多种，所述第六催化剂包括四(三苯基膦)钯、醋酸钯、二氯二三苯基膦钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、双(乙腈)氯化钯、三(邻甲苯基)膦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小分子空穴传输材料，其特征在于，结构式如式DTCz
‑
TPA或式TCz
‑
TPA所示：其中，R1选自直链烷基、支链烷基；R2选自直链烷基、支链烷基、直链烷氧基、支链烷氧基、直链烷巯基、支链烷巯基、芳基、卤素、羧基、氰基。2.一种小分子空穴传输材料的制备方法，其特征在于，式DTCz
‑
TPA所示的小分子空穴传输材料的制备方法包括，化合物6、化合物3、第六催化剂、第六配体和第六有机溶剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到式DTCz
‑
TPA所示的小分子空穴传输材料，合成路线如下：式TCz
‑
TPA所示的小分子空穴传输材料的制备方法包括，化合物5、烷基取代的2，7
‑
二溴咔唑、第五有机溶剂和第五催化剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到式TCz
‑
TPA所示的小分子空穴传输材料，合成路线如下：其中，R选自烷基；R1选自直链烷基、支链烷基；R2选自直链烷基、支链烷基、直链烷氧基、支链烷氧基、直链烷巯基、支链烷巯基、芳基、卤素、羧基、氰基。3.根据权利要求2所述的一种小分子空穴传输材料的制备方法，其特征在于，所述化合物5的制备方法包括，S1：化合物1、溴苯、碱、第一催化剂、第一配体和第一有机溶剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到化合物2，合成路线如下：S2：化合物2、N
‑
溴代琥珀酰亚胺和第二有机溶剂混合后反应、分离提纯后得到化合物3，合成路线如下：
S3：化合物3、2
‑
噻吩硼酸或2
‑
噻吩硼酸酯、碱、第三催化剂和第三有机溶剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到化合物4；或者，化合物3、2
‑
噻吩锡试剂、第三配体、第三催化剂和第三有机溶剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到化合物4；合成路线如下：S4：化合物4与第四有机溶剂混合均匀后在低温条件下与锂试剂混合、反应后在低温条件下注入锡试剂，反应提纯后得到化合物5，合成路线如下：4.根据权利要求3所述的一种小分子空穴传输材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄红艳，侯平平，谭立容，
申请(专利权)人：南京信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：