氟代苝类化合物、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种氟代苝类化合物、其制备方法及应用。氟代苝类化合物具有式(I)所示结构。上述氟代苝类化合物具有较大的共轭骨架并具有中心对称结构，使其具有较好的电荷传输性能。该氟代苝类化合物还具有羰基基团和三氟亚甲基官能团。当将其应用于钙钛矿太阳能电池中并形成掺杂有氟代苝类化合物的钙钛矿活性层时，羰基基团能够与钙钛矿晶格中的空位进行配位，从而钝化钙钛矿材料晶体中的空位、悬挂键以及晶界表面等缺陷；三氟亚甲基官能团可富集在钙钛矿材料表面，形成氢键，从而能够有效抑制钙钛矿材料中离子的迁移，抑制其被水分子降解。而且，上述氟代苝类化合物海湾位特定种类的取代基团(R1和R2)的引入有利于提高其钝化性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
氟代苝类化合物、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及有机光电材料
，具体而言，涉及一种氟代苝类化合物、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]由于有机
‑
无机杂化钙钛矿材料具有低成本、高效率、易于调节的光学带隙等优点，被广泛研究并用于开发单节太阳能电池和叠层太阳能电池。其中，钙钛矿活性层作为光吸收层对于器件的能量转换具有很大影响。钙钛矿晶体的生长过程难以控制，导致制得的钙钛矿薄膜中晶体生长方向较为混乱，且晶界较多，晶体中的缺陷空位导致光生载流子发生复合，从而严重影响了器件的整体能量转换效率(PCE)。
[0003]目前，研究者们常通过热退火的方式减少钙钛矿薄膜中的晶格缺陷，该方法虽然能够有效改善钙钛矿薄膜中的晶体质量，但是不能有效解决晶界处的电荷复合及电荷传输困难等问题。而且，钙钛矿薄膜对水汽氛围较为敏感，严重影响器件的长期稳定性。
[0004]另外，还可以通过向钙钛矿前驱体溶液中加入一定量的添加剂来钝化钙钛矿薄膜。这类添加剂通常含有特定的功能官能团，可以与钙钛矿薄膜中的离子和空位发生相互作用，从而起到钝化缺陷的作用。然而，现有的有机添加剂材料价格昂贵、合成复杂、电荷传输性能差、作用单一。
[0005]因此，开发出一种能够抑制晶界处电荷复合及提高电荷传输性能，且合成方法简单、原料易得的添加剂，这对于提高钙钛矿太阳能电池的能量转换效率和稳定性具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种氟代苝类化合物、其制备方法及应用，以解决现有技术中钙钛矿薄膜中晶界处电荷复合严重、电荷传输性能差且现有的钙钛矿添加剂材料的合成方法复杂、原料价格昂贵的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术一个方面提供了一种氟代苝类化合物，该氟代苝类化合物具有式(I)所示结构：
[0008][0009]其中，R1、R2分别独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、C1～C
10
的烷氧基、C1～C
10
的硫烷基、C1～C
10
的氨基、C1～C
10
的酯基、或C1～C
10
的酰胺基，R1与R2相同或不同；n1和n2分别独立地选自0～20之间的整数，n1与n2相同或不同。
[0010]优选地，R1和R2均为氢原子或氟原子、或R1为氢原子且R2为溴原子、或R1为氢原子且R2为乙氧基、或R1为氢原子且R2为优选n1为2～5之间的整数，且n1与n2相同；优选地，氟代苝类化合物选自以下结构中的任意一种：
[0011][0012][0013]本专利技术另一方面还提供了一种氟代苝类化合物的制备方法，该制备方法包括：使苝四甲酸二酐类化合物、三氟代醇类化合物与碱性化合物及溶剂进行第一酯交换反应，得到第一反应体系；将三氟碘代烷烃类化合物与第一反应体系进行第二酯交换反应，得到含氟代苝类化合物的第二反应体系，分离得到氟代苝类化合物；其合成路线如下：
[0014][0015]R1、R2、n1和n2分别与前述内容具有相同的定义。
[0016]进一步地，苝四甲酸二酐类化合物与三氟代醇类化合物的摩尔比为1:(2～4)；优选苝四甲酸二酐类化合物与三氟碘代烷烃类化合物的摩尔比为1:(2～4)。
[0017]进一步地，苝四甲酸二酐类化合物与碱性化合物的摩尔比为1:(4～5)；优选苝四甲酸二酐类化合物与溶剂的用量比为1mg:(0.5～1.0)mL；优选碱性化合物选自1,8
‑
二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯；优选溶剂选自乙腈和/或二甲基甲酰胺。
[0018]进一步地，第一酯交换反应的温度为50～70℃，时间为30～90min。
[0019]进一步地，第二酯交换反应的温度为60～90℃，时间为30～90min。
[0020]本专利技术的又一方面提供了一种钙钛矿太阳能电池，该钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的透明导电基底、第一载流子传输层、掺杂有氟代苝类化合物的钙钛矿活性层、第二载流子传输层和金属电极层；氟代苝类化合物包括本申请提供的上述氟代苝类化合物中的一种或多种、或本申请提供的上述氟代苝类化合物的制备方法制得的氟代苝类化合物中的一种或多种。
[0021]进一步地，第一载流子传输层为空穴传输层，第二载流子传输层为电子传输层；优选地，第二载流子传输层与金属电极层之间还设置有界面层；优选地，以占钙钛矿活性层的总重量计，氟代苝类化合物的掺杂量为0.1～10wt％。
[0022]本专利技术的又一方面提供了一种叠层太阳能电池，包括层叠设置的钙钛矿太阳能顶电池和晶硅太阳能底电池，该钙钛矿太阳能顶电池为本申请提供的上述钙钛矿太阳能电池。
[0023]应用本专利技术的技术方案，本申请提供的上述氟代苝类化合物具有较大的共轭骨架并具有中心对称结构，使其具有较好的电荷传输性能。该氟代苝类化合物还具有羰基基团和三氟亚甲基官能团。当将其应用于钙钛矿太阳能电池中并形成掺杂有氟代苝类化合物的钙钛矿活性层时，羰基基团能够与钙钛矿晶格中的空位进行配位，从而钝化钙钛矿材料晶体中的空位、悬挂键以及晶界表面等缺陷；三氟亚甲基官能团可富集在钙钛矿材料表面，形成氢键，从而能够有效抑制钙钛矿材料中离子的迁移，抑制其被水分子降解。而且，上述氟代苝类化合物海湾位特定种类的取代基团(R1和R2)的引入有利于提高其钝化性能。
[0024]在上述三方面的共同作用下，将上述氟代苝类化合物应用在钙钛矿太阳能电池中能够抑制晶界处的电荷复合，显著提高晶界处的电荷传输效率，从而提高钙钛矿太阳能电
池的能量转换效率和稳定性。
[0025]此外，上述氟代苝类化合物可以溶于有机类极性溶剂，如乙醇、异丙醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等，从而便于进行钙钛矿活性层的制备。
具体实施方式
[0026]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0027]正如
技术介绍
所描述的，现有的钙钛矿薄膜存在晶界处电荷复合严重、电荷传输性能差，且现有的钙钛矿添加剂材料的合成方法复杂、原料价格昂贵的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种氟代苝类化合物，该氟代苝类化合物具有式(I)所示结构：
[0028][0029]其中，R1、R2分别独立地包括但不限于氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、C1～C
10
的烷氧基、C1～C
10
的硫烷基、C1～C
10
的氨基、C1～C
10
的酯基、或C1～C
10
的酰胺基，R1与R2相同或不同；n1和n2分别独立地包括但不限于0～20之间的整数，n1与n2相同或不同。
[0030]本申请提供的上述氟代苝类化合物具有较大的共轭骨架并具有中心对称结构，使其具有较好的电荷传输性能。该氟代苝类化合物还具有羰基基团和三氟亚甲基官能团。当将其应用于钙钛矿太本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟代苝类化合物，其特征在于，所述氟代苝类化合物具有式(I)所示结构：其中，R1、R2分别独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、C1～C
10
的烷氧基、C1～C
10
的硫烷基、C1～C
10
的氨基、C1～C
10
的酯基、或C1～C
10
的酰胺基，所述R1与所述R2相同或不同；n1和n2分别独立地选自0～20之间的整数，所述n1与所述n2相同或不同。2.根据权利要求1所述的氟代苝类化合物，其特征在于，所述R1和所述R2均为氢原子或氟原子、或所述R1为氢原子且所述R2为溴原子、或所述R1为氢原子且所述R2为乙氧基、或所述R1为氢原子且所述R2为优选所述n1为2～5之间的整数，且所述n1与所述n2相同；优选地，所述氟代苝类化合物选自以下结构中的任意一种：
3.一种氟代苝类化合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：使所述苝四甲酸二酐类化合物、所述三氟代醇类化合物与所述碱性化合物及所述溶剂进行第一酯交换反应，得到第一反应体系；将三氟碘代烷烃类化合物与所述第一反应体系进行第二酯交换反应，得到含氟代苝类化合物的第二反应体系，分离得到所述氟代苝类化合物；其合成路线如下：
R1、R2、n1和n2分别与权利要求1或2具有相同的定义。4.根据权利要求3所述的氟代苝类化合物的制备方法，其特征在于，所述苝四甲酸二酐类化合物与所述三氟代醇类化合物的摩尔比为1:(2～4)；优选所述苝四甲酸二酐类化合物与所述三氟碘代烷烃类化合物的摩尔比为1:(2～4)。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴涛，牛闯，王皓正，宗贝贝，王宏涛，邱开富，王永谦，陈刚，
申请(专利权)人：珠海富山爱旭太阳能科技有限公司天津爱旭太阳能科技有限公司广东爱旭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：