【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池，具体涉及一类基于吲哚啉衍生物的共轭有机化合物及其制备方法和应用。
技术介绍
1、太阳能作为地球上储量最为丰富的绿色能源，有着重要的开发应用价值，是新能源体系的重要组成部分。开发新一代太阳能电池技术，提高对太阳能的利用效率，是实现“双碳”目标的重要举措。钙钛矿太阳能电池(pervoskite solar cells,以下简称pvscs)作为第三代太阳能电池的代表，在最近十年取得了突飞猛进的发展，其光电转换效率(pce)从3.8％增长到26.1％。与传统硅基太阳能电池相比，pvscs具有制备过程简单、成本低和光电转换效率高的特点。
2、传统的n-i-p型钙钛矿太阳能电池以有机小分子材料2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-ometad)作为空穴传输层，spiro-ometad的螺环结构阻碍了分子之间的π-π堆叠，导致其具有较低的空穴迁移率(～10-5cm2 v-1s-1)和导电率(～10-5s cm-1)，因此在使用时需要加入4-叔丁基吡啶(tbp)，锂盐(如litfsi)，钴盐(如kf209)等掺杂剂，并且制备后的器件需要氧化处理。
3、如cn115884648a公开了一种有机硅掺杂空穴传输层及钙钛矿太阳能电池制备方法，将一定量的spiro-ometad与li-tfsi、杂环有机硅分子共同溶于氯苯得到spiro-ometad溶液，将spiro-ometad溶液旋涂在基底上，待旋涂结束后，晾干得到有机硅掺杂的spiro-ometad
4、cn115101677a公开了一种优化碳电极界面传导的碳纳米管复合spiro-ometad空穴传输层及其制备方法，采用多壁碳纳米管代替传统用于增加spiro-ometad导电性的掺杂剂tbp和li-tfsi，将多壁碳纳米管均匀分散到无掺杂的spiro-ometad原溶液中，通过一步旋涂法在钙钛矿表面形成碳纳米管-spiro-ometad复合空穴传输层。该方法既调整了太阳能电池的能带结构，并且增强了spiro-ometad空穴传输层导电性，改善了li-tfsi等小分子掺杂导致的spiro-ometad层吸湿性大的缺点，再者扦插式分布的碳纳米管有助于碳电极与钙钛矿层的接触，使含有此结构的碳电极太阳能电池效率和稳定性得到显著提升。
5、但这种p型掺杂处理增加了器件制备的复杂性，影响器件性能的批次稳定性。更重要的是，掺杂剂的引入会降低钙钛矿太阳能电池的稳定性。除此之外，spiro-ometad合成路线复杂，分离纯化困难，因此价格昂贵(～$780g-1来自sigma)，制约了钙钛矿太阳能电池的应用。
技术实现思路
1、本专利技术针对p型掺杂处理的太阳能电池器件存在的性能稳定性差，电池效率不高，spiro-ometad合成路线复杂，成本高的问题，提供一类基于吲哚啉衍生物的有机共轭分子，作为空穴传输材料制得的太阳能电池，可获得22-24％的光电转换效率，为开发新型低成本，结构简单，传输性能优良的空穴传输材料奠定了良好的实践基础。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一类基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其结构通式如下式(i)所示：
4、
5、其中，ar为大平面共轭芳香基团单元，x和y独立选自氢原子﹑氟原子或氯原子，r1、r2和r3独立选自氢原子﹑氟原子、碳原子数为1-8的直链或支链的烷基、碳原子数为1-8的直链或支链的烷氧基。
6、本专利技术中以π共轭芳香基团作为中心单元(ar)，以苯并噻二唑作为吸电子连接单元(a)，以吲哚啉作为端基(d)，形成d-a-ar-a-d型共轭有机化合物。与常见的苯胺类端基(如下b结构)相比，本专利技术中吲哚啉单元(如下a结构)具有更好的共平面性。密度泛函理论计算结果显示(如下c)，二苯胺结构中两个苯环之间的二面角度数为13.5度，在三苯胺结构中为27.1度，而吲哚啉单元中的原子基本处于同一平面。因此，以吲哚啉衍生物为端基的有机共轭分子更容易形成较为紧密的堆叠，从而有利于分子之间电荷的输运，提高分子的空穴传输能力。
7、本专利技术提供的一系列有机共轭分子具有良好的共平面性，有助于形成紧密的分子堆叠，提高空穴传输能力，其本征空穴迁移率在10-3～10-4cm2 v-1s-1之间，是spiro-ometad迁移率(～10-5cm2 v-1s-1)的10倍以上。且该类分子为开发新型低成本，结构简单，传输性能优良的空穴传输材料奠定了良好的实践基础。
8、
9、优选地，所述ar结构为(ii)-(v)所示中任一种：
10、
11、r4选自如下结构中任一种：
12、
13、r8选自如下结构中任一种：
14、
15、其中，r4’、r5独立选自碳原子数2-20的直链或支链烷基；r4”为碳原子数2-20的直连或支链烷基、烷氧基、烷硫基；x1和x2独立选自氢原子、氟原子或氯原子；r6、r7、r8’独立选自为碳原子数6-20的直链或支链的烷基；z为碳原子或硅原子。
16、优选地，x和y为氢原子，不含卤素原子的结构其性能相对更为优异。
17、优选地，r1、r2和r3独立选自如下结构中任一种：
18、
19、其中，r1’独立选自碳原子数1-8的直链或支链烷基，n为2-6任意数值。
20、进一步优选地，r1、r2和r3独立选自甲氧基、氢原子或氟原子。
21、优选地，所述ar结构中r4’为碳原子数为8-15的支链烷基，r5为碳原子数为8-16的支链烷基；r4”为碳原子数6-15的支链烷基、烷硫基；x1为氟原子或氯原子，x2为氢原子或氟原子；r6、r7、r8’独立选自为碳原子数8-12的直链或支链的烷基；z为硅原子。
22、进一步优选地，所述ar结构中r4’为碳原子数为8或12的支链烷基，r5为碳原子数为12或16的支链烷基；r4”为碳原子数8或12的支链烷基、烷硫基；x1为氟原子或氯原子，x2为氢原子或氟原子；r6、r7、r8’独立选自为碳原子数8-12的直链或支链的烷基；z为硅原子。
23、本专利技术还提供所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物的制备方法，包括步骤：
24、步骤1，使包含化合物a、化合物b的原料在溶剂中混合，催化剂作用下回流反应，经提纯得到化合物c；
25、步骤2，使包含化合物c和化合物d的原料在溶剂中混合，催化剂作用下回流反应，经提纯得到所述有机共轭化合物；
26、
27、反应式如下：
28、
29、化合物a和化合物b的摩本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一类基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其特征在于，其结构通式如下式(I)所示：
2.根据权利要求1所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其特征在于，所述Ar结构为(II)-(V)所示中任一种：
3.根据权利要求1所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其特征在于，X和Y为氢原子。
4.根据权利要求1所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其特征在于，R1、R2和R3独立选自如下结构中任一种：
5.根据权利要求1所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其特征在于，所述Ar结构中R4’为碳原子数为8-15的支链烷基，R5为碳原子数为8-16的支链烷基；R4”为碳原子数6-15的支链烷基、烷硫基；X1为氟原子或氯原子，X2为氢原子或氟原子；R6、R7、R8’独立选自为碳原子数8-12的直链或支链的烷基；Z为硅原子。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物的制备方法，其特征在于，包括步骤：
7.根据权利要求6所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物的制备方法，其特征在于，化合物A和化合
8.根据权利要求6所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物的制备方法，其特征在于，步骤1中溶剂包括甲苯、四氢呋喃或二氧六环中任一种或多种；
9.根据权利要求1-5任一项所述的有机共轭化合物在在制备光电功能器件中的应用，其特征在于，所述光电功能器件为钙钛矿太阳能电池。
10.一种钙钛矿太阳能电池，包括基底，阴极，电子传输层，钙钛矿层，空穴传输层和阳极，其特征在于，所述空穴传输层包括权利要求1-5任一项所述的有机共轭化合物；所述钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在22％以上。
...【技术特征摘要】
1.一类基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其特征在于，其结构通式如下式(i)所示：
2.根据权利要求1所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其特征在于，所述ar结构为(ii)-(v)所示中任一种：
3.根据权利要求1所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其特征在于，x和y为氢原子。
4.根据权利要求1所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其特征在于，r1、r2和r3独立选自如下结构中任一种：
5.根据权利要求1所述的基于吲哚啉衍生物的有机共轭化合物，其特征在于，所述ar结构中r4’为碳原子数为8-15的支链烷基，r5为碳原子数为8-16的支链烷基；r4”为碳原子数6-15的支链烷基、烷硫基；x1为氟原子或氯原子，x2为氢原子或氟原子；r6、r7、r8’独立选自为碳原子数8-12的直链或支链的烷基；z为硅原子。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛子义，闫鹏宇，杨道宾，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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