基于环戊基二噻吩有机单分子空穴传输层材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用制造技术

本发明专利技术属于有机功能材料技术领域，涉及基于环戊基二噻吩有机单分子空穴传输层材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，本发明专利技术公开了一系列以环戊[2,1

【技术实现步骤摘要】
基于环戊基二噻吩有机单分子空穴传输层材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用


[0001]本专利技术属于有机功能材料
，具体涉及有机分子材料的设计、作为空穴传输层的应用以及单分子层薄膜制备工艺的开发，本专利技术公开了三种有机分子材料的结构，选取环戊基[2,1
‑
b:3,4
‑
b']二噻吩为中心单元，两端对称连接双甲硫基
‑
二苯胺或三苯胺，将有机分子材料作为单分子空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中进行应用。

技术介绍

[0002]近年来，有机
‑
无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)发展迅速，在十年左右的时间里，科学家们对钙钛矿太阳能电池进行了不断深入的探索研究，目前该类型电池效率已超过25％(H.Min,T.J.Shin,S.Seoket al.Perovskite solar cells with atomically coherent interlayers on SnO2electrodes,Nature,2021,598,444
‑
450)。在PSCs中，空穴传输材料(HTM)起到从钙钛矿活性层到对电极提取和传输空穴的关键作用。同时，在PSCs的常见结构中，倒置器件结构(p
‑
i
‑
n)钙钛矿PSCs被认为是最有前途的商业结构，因为其低温工艺不需要高温烧结，而且几乎没有滞后。其中，聚合物PTAA(聚[双(4
‑
苯)(2,4,6
‑
三甲基苯)胺)是目前p
>‑
i
‑
n平面结构PSCs中已实现商业化的标准空穴传输材料，基于其的PSCs的最高效率可以达到22％，但是得到高效率往往需要对PTAA进行表面浸润处理或者添加掺杂剂来提升其空穴提取传输效率。而添加剂的存在会大大影响器件的稳定性，不利于钙钛矿太阳能电池的商业化发展。我们的目标是设计合成不需要添加剂以及表面处理工艺的有机小分子材料取代PTAA，在提升光电转化效率的同时提高相应器件的稳定性。同时，有机小分子可以通过特定的元素基团与ITO相互作用，制备单层膜，可以更稳定地覆盖界面接触，钝化界面接触，减少辐射复合，为钙钛矿太阳能电池的商业化提供充足的材料选择。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的是提供三种以环戊基[2,1
‑
b:3,4
‑
b']二噻吩为中心基元、两端对称连接双甲硫基
‑
二苯胺或三苯胺的可溶性有机分子材料CPDTE
‑
MTP、CPDT
‑
MTP和CPDT
‑
PMTP及其在钙钛矿太阳能电池中的应用以及单分子层薄膜制备工艺的开发。本专利技术所提供的有机分子材料的结构通式如式Ⅰ所示：
[0004][0005](式Ⅰ)
[0006]根据式Ⅰ合成出一种含有环戊基[2,1
‑
b:3,4
‑
b']二噻吩的新材料，作为无掺杂单分子空穴传输层在平面钙钛矿太阳能电池中进行应用。
[0007]光伏器件在空穴传输层制备过程中，先将含有环戊基[2,1
‑
b:3,4
‑
b']二噻吩单元有机分子材料溶解在有机溶剂中得到高浓度空穴传输层溶液(10mg/ml)，旋涂后退火，经溶剂冲洗后得到单分子层型非掺杂空穴传输层。
[0008]进一步，具体的以CPDTE
‑
MTP、CPDT
‑
MTP和CPDT
‑
PMTP为单分子空穴传输层制备基于CH3NH3PbI3‑
x
Cl
x
钙钛矿太阳能电池器件的具体结构为：ITO/CPDTE
‑
MTP、CPDT
‑
MTP或CPDT
‑
PMTP/CH3NH3PbI3‑
x
Cl
x
/C
60
/BCP/Ag。
[0009]本专利技术的有益效果：
[0010]本专利技术以环戊基[2,1
‑
b:3,4
‑
b']二噻吩为中心单元，两端对称连接双甲硫基
‑
二苯胺或三苯胺合成新的有机分子材料CPDTE
‑
MTP、CPDT
‑
MTP和CPDT
‑
PMTP，材料作为单分子空穴传输层旋涂在ITO玻璃电极上，起到空穴提取和传输作用的同时，其分子还可以有效锚固在ITO基底上，进一步减少PSCs器件界面处的缺陷，另外通过噻吩基团和甲硫基中的硫原子共同与钙钛矿晶体中游离的铅离子缺陷作用可以实现更好的钝化效果。有机分子材料CPDTE
‑
MTP、CPDT
‑
MTP和CPDT
‑
PMTP在常见的有机溶剂(如二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、氯苯等)中有良好的溶解性，可以用溶液方法制备高质量的薄膜，同时具有合适的HOMO能级。将CPDTE
‑
MTP、CPDT
‑
MTP和CPDT
‑
PMTP作为空穴传输层应用于CH3NH3PbI3‑
x
Cl
x
的钙钛矿太阳能电池，其最高能量转换效率分别可达到18.26％、16.73％和20.77％，而使用未掺杂、未修饰的PTAA的器件效率最高转换效率为20.26％。
附图说明
[0011]图1为CPDTE
‑
MTP、CPDT
‑
MTP和CPDT
‑
PMTP薄膜的紫外光电子能谱(UPS)图。
[0012]图2为以CPDTE
‑
MTP、CPDT
‑
MTP和CPDT
‑
PMTP为空穴传输层的倒置钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
[0013]图3为基于CPDTE
‑
MTP、CPDT
‑
MTP和CPDT
‑
PMTP为单分子空穴传输层的倒置钙钛矿太阳能电池的电流
‑
电压曲线图(J
‑
V曲线)。
[0014]图4为基于CPDTE
‑
MTP、CPDT
‑
MTP和CPDT
‑
PMTP三种材料的器件稳定性。
具体实施方式
[0015]下面通过具体实施例对本专利技术进行说明，但本专利技术并不局限于此。
[0016]下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得或根据已知文献合成得到。
[0017][0018]实施例1、CPDTE
‑
MTP的合成
[0019]向烧瓶中加入50ml甲苯，取单体M1(1当量，1.12g)(Sol.Energy Mater Sol.Cells,2010,94(10),1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于环戊基二噻吩有机单分子空穴传输层材料，其特征在于：以双甲硫基
‑
二苯胺或双甲硫基
‑
三苯胺为端基，4H
‑
环戊基[2,1
‑
b:3,4
‑
b']二噻吩为中心单元的有机分子材料；有机分子材料的结构如式Ⅰ所示：2.根据权利要求1所述基于环戊基二噻吩有机单分子空穴传输层材料，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婧，陈子寅，周川棫，袁宁一，丁建宁，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：