基于二苯并噻吩端基的高热稳定空穴传输材料及其合成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二苯并噻吩端基的高热稳定空穴传输材料及其合成方法。所述的基于二苯并噻吩端基的高热稳定空穴传输材料的结构式为本发明专利技术将端基分子N

【技术实现步骤摘要】
基于二苯并噻吩端基的高热稳定空穴传输材料及其合成方法


[0001]本专利技术属于应用于钙钛矿太阳能电池中的有机空穴传输材料领域，涉及一种基于二苯并噻吩端基的高热稳定空穴传输材料及其合成方法。

技术介绍

[0002]煤、石油等传统化石能源的储量是有限的，而且不可再生，在使用过程中还会产生比较严重的污染问题，因此应用清洁可再生能源来代替化石能源具有重要意义。太阳能是一种可再生、无污染的能源，通过太阳能电池可以将太阳能转化为电能，为人们提供所需要的能源，对于解决能源危机具有重要意义。
[0003]2009年钙钛矿电池被提出之初，其能量转换效率只有3.8％。随着研究的不断深入，近十年来，以有机
‑
无机铅卤钙钛矿为光活性层的太阳能电池发展突飞猛进，光电转化效率已达到25.7％。
[0004]空穴传输材料是钙钛矿太阳能电池器件的重要组成部分，目前多数高效钙钛矿太阳能电池需使用掺杂剂才能获取较高的光电转换效率。然而，掺杂剂的使用会导致电池的吸湿性显著增加，致使电池器件不稳定(Adv.Energy.Mater.2018,8,1702512)。另外，钙钛矿太阳能电池使用时所处的高温环境对材料热稳定性有较高要求。目前使用较多的空穴传输材料Spiro
‑
OMeTAD的玻璃化转变温度只有124℃，较低的玻璃化转变温度会导致钙钛矿太阳能电池器件结构在实际应用时被高温破坏，降低使用寿命(ACS Appl.Mater.Interfaces 2015,7,11107)。因此，开发和设计高热稳定性的空穴传输层材料，对于促进钙钛矿太阳能电池的基础研究与商业应用具有十分重要的意义(Science,2018,361,1214)。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于二苯并噻吩端基的高热稳定空穴传输材料及其合成方法。
[0006]本专利技术所述的基于二苯并噻吩端基的高热稳定空穴传输材料，为式I所示的N5,N5,N9,N9四(二苯并[b,d]噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑
‑
5,9
‑
二胺或式II所示的N,N
’‑
((7
‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑
‑
5,9
‑
二基)双(噻吩
‑
5,2
‑
二基))双(N
‑
(二苯并[b,d]噻吩
‑2‑
基)二苯并[b,d]噻吩
‑2‑
胺)，
[0007][0008]本专利技术所述的基于二苯并噻吩端基的高热稳定空穴传输材料的合成方法，包括以下步骤：
[0009](1)室温下，在N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶液中及氢化钠的作用下，7H
‑
二苯并[c,g]咔唑与溴己烷反应，生成7
‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑，反应式如下：
[0010][0011](2)在0℃下，氯仿和乙酸体系中，加入7
‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑和N
‑
溴代丁二酰亚胺，反应生成5,9
‑
二溴
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑，反应式如下：
[0012][0013](3)在110
±
5℃和氮气保护下，5,9
‑
二溴
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑与2
‑
三丁基甲锡烷基噻吩在四三苯基膦钯催化下发生Still偶联反应，生成5,9
‑
二(噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑，反应式如下：
[0014][0015](4)在0℃下，四氢呋喃(THF)体系中，加入5,9
‑
二(噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑和N
‑
溴代丁二酰亚胺，生成5,9
‑
二(5
‑
溴噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑，反应式如下：
[0016][0017](5)在110
±
5℃和叔丁醇钠碱性环境下，甲苯体系中，将步骤(2)的5,9
‑
二溴
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑或步骤(4)的5,9
‑
二(5
‑
溴噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑与N
‑2‑
二苯并噻吩基
‑2‑
二苯并噻吩胺在三二亚苄基丙酮二钯催化下进行偶联反应，生成N5,N5,N9,N9四(二苯并[b,d]噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑
‑
5,9
‑
二胺或N,N
’‑
((7
‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑
‑
5,9
‑
二基)双(噻吩
‑
5,2
‑
二基))双(N
‑
(二苯并[b,d]噻吩
‑2‑
基)二苯并[b,d]噻吩
‑2‑
胺)，反应式如下：
[0018][0019][0020]优选地，步骤(1)中，7H
‑
二苯并[c,g]咔唑与溴己烷的摩尔比为1:2。
[0021]优选地，步骤(2)中，氯仿和乙酸的体积比为2:1；7
‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑与N
‑
溴代丁二酰亚胺的摩尔比为1:2.1。
[0022]优选地，步骤(4)中，5,9
‑
二(噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑和N
‑
溴代丁二酰亚胺的摩尔比为1:2.1。
[0023]优选地，步骤(5)中，5,9
‑
二溴
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于二苯并噻吩端基的高热稳定空穴传输材料，其特征在于，为式I所示的N5,N5,N9,N9四(二苯并[b,d]噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑
‑
5,9
‑
二胺或式II所示的N,N
’‑
((7
‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑
‑
5,9
‑
二基)双(噻吩
‑
5,2
‑
二基))双(N
‑
(二苯并[b,d]噻吩
‑2‑
基)二苯并[b,d]噻吩
‑2‑
胺)，2.根据权利要求1所述的基于二苯并噻吩端基的高热稳定空穴传输材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)室温下，在N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液中及氢化钠的作用下，7H
‑
二苯并[c,g]咔唑与溴己烷反应，生成7
‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑，反应式如下：(2)在0℃下，氯仿和乙酸体系中，加入7
‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑和N
‑
溴代丁二酰亚胺，反应生成5,9
‑
二溴
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑，反应式如下：
(3)在110
±
5℃和氮气保护下，5,9
‑
二溴
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑与2
‑
三丁基甲锡烷基噻吩在四三苯基膦钯催化下发生Still偶联反应，生成5,9
‑
二(噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑，反应式如下：(4)在0℃下，四氢呋喃体系中，加入5,9
‑
二(噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑和N
‑
溴代丁二酰亚胺，生成5,9
‑
二(5
‑
溴噻吩
‑2‑
基)
‑7‑
己基
‑
7H
‑
二苯并[c,g]咔唑，反应式如下：(5)在110
±
5℃和叔丁醇钠碱性环...

【专利技术属性】
技术研发人员：周杰，李相澎，杜富强，王万海，程尧，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：