本发明专利技术涉及一种咔唑类有机化合物及其制备方法和应用。该咔唑类有机化合物的结构通式如式(1)所示：其中，R<subgt;1</subgt;选自如下基团中的一种：R<subgt;2</subgt;选自环原子数为6～15的芳基或环原子数为5～15的杂芳基；各R<subgt;3</subgt;分别独立地选自如下基团中的一种：各R<subgt;4</subgt;分别独立地选自氢、C1～C10烷基、C1～C10烷氧基、‑CN、‑NH<subgt;2</subgt;或*表示连接位点。该咔唑类有机化合物具有优异的空穴传输性，将其用于光电器件中料，可提高光电效率，延长器件的寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机光电材料领域，尤其涉及一种咔唑类有机化合物及其制备方法和应用。
技术介绍
1、有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(psc)作为新型高效率、低成本太阳能电池被广泛关注，其可通过狭缝涂布、喷涂、刮涂、roll-to-roll等溶液加工的方法来实现高效、大规模批量生产。相比于传统硅基太阳能，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池具备制造成本低以及加工工艺简单等优点，具有良好的商业前景。
2、得益于钙钛矿成膜技术和自身材料技术的发展，在过去十几年里，钙钛矿太阳能电池技术的光电转换效率有3.8％提升至25.7％。其中，开发高效、稳定和低成本的电荷传输材料，特别是空穴传输材料(htm)，对于提高电池的光电转换效率，推动psc走向商业化至关重要。但是目前报道的空穴传输材料依然存在稳定性不足和浸润性不好的问题，这为更有效的htm的合理设计留下了很大的障碍。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供了一种咔唑类有机化合物及其制备方法和应用，旨在提供一类新型的、空穴传输性好、稳定性好的有机光电功能材料，提高器件的效率和稳定性。
2、技术方案如下：
3、本专利技术的一个方面，提供一种咔唑类有机化合物，其结构通式如式(1)所示：
4、
5、其中，r1选自如下基团中的一种：
6、*-sh；
7、r2选自环原子数为6～15的芳基或环原子数为5～15的杂芳基；
8、各r3分别独立地选自如下基团中的一种：</p>9、
10、各r4分别独立地选自氢、c1～c10烷基、c1～c10烷氧基、-cn、-nh2或
11、*表示连接位点。
12、在其中一些实施方式中，所述的咔唑类有机化合物的结构通式如式(2)所示：
13、
14、在其中一些实施方式中，所述r1选自如下基团中的一种：
15、*-sh。
16、在其中一些实施方式中，所述r2选自如下基团中的一种：
17、
18、在其中一些实施方式中，所述r2选自如下基团中的一种：
19、
20、在其中一些实施方式中，各r4分别独立地选自氢、c1～c6烷基、c1～c6烷氧基、-cn或-nh2。
21、本专利技术的第二方面，提供一种如上所述的咔唑类有机化合物的制备方法，包括以下步骤：
22、将式(i)所示的芳基苯硼酸和式(ii)所示的二溴咔唑在碱性条件下反应，制备式(iii)所示的化合物；
23、将所述式(iii)所示的化合物和式(iv)所示的溴代芳基磷酸酯、溴代芳基磺酸酯、或溴代芳基氰基乙酸酯在碱性条件下反应，制备式(v)所示的化合物；
24、通过水解反应将所述式(v)所示的化合物水解，制备式(1)所示的化合物，r1选自或
25、将所述式(iii)所示的化合物和式(iv)所示的溴代芳基乙二醇或溴代芳基硫醇在碱性条件下反应，制备式(1)所示的化合物，r1选自*－sh；
26、其中，(i)各x分别独立地选自不存在、单键、o或s；
27、(ii)x1为卤素；
28、(ⅲ)
29、(iv)x2为卤素，r5选自*-sh；
30、(v)
31、本专利技术的第三方面，提供一种空穴传输材料，其包含如上所述的咔唑类有机化合物。
32、本专利技术的第四方面，提供一种光电器件，包含层叠设置的功能层，至少一层所述功能层的材料选自如上所述的咔唑类有机化合物或如上所述的空穴传输材料。
33、在其中一些实施方式中，所述光电器件为钙钛矿太阳能电池或模组，包括层叠设置的导电玻璃层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层及金属电极，其特征在于，所述空穴传输层的材料选自如上所述的咔唑类有机化合物或如上所述的空穴传输材料。
34、在其中一些实施方式中，在所述电子传输层和所述金属电极之间还设有空穴阻挡层。
35、在其中一些实施方式中，所述电子传输层的材料选自[6,6]-苯基-c61-丁酸甲酯、c60和氧化锡中的至少一种。
36、所述钙钛矿吸光层的材料包含第一钙钛矿材料和第二钙钛矿材料；
37、其中，所述第一钙钛矿材料选自选自卤化铅盐和卤化铯盐中的至少一种，所述第二钙钛矿材料选自甲脒卤化盐和甲胺卤化盐中的至少一种。
38、在其中一些实施方式中，所述空穴阻挡层的材料选自2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉或乙酰丙酮锆。
39、在其中一些实施方式中，所述电极层的材料选自银、铜、导电氧化物和碳电极中的至少一种。
40、在其中一些实施方式中，所述钙钛矿太阳能电池模组包含如上所述的钙钛矿太阳能电池。
41、在其中一些实施方式中，所述光电器件为发光二极管，其包含第一电极、第二电极、位于第一电极和第二电极之间的一层或多层有机功能层，至少一层所述有机功能层的材料选自如上所述的咔唑类有机化合物。
42、本专利技术至少具有如下有益效果：
43、本专利技术提供的咔唑类有机化合物包含咔唑母核以及特定的r1、r2和r3，其中，咔唑基团的存在可增加空穴的传输性能；引入r1和r2可显著降低接触角，降低表面张力，提升浸润性和稳定性；引入具有大π共轭性的r3，能够和咔唑基母核相互配合，进一步提升空穴传输能力。将专利技术的咔唑类有机化合物用于器件，可提高器件的效率和稳定性，延长器件寿命。
44、进一步地，将其用于钙钛矿太阳能电池中：①引入r1和r2(如芳香羧酸、芳香磷酸、芳香硫酸或芳香酚)为锚定基团，通过与导电氧化物(tco)基底的多配协同物理和化学作用，可以在基底上有效的形成一层空穴传输小分子界面，使该有机化合物锚定在导电氧化物基底上，提高分子在基底的覆盖度，同时钝化导电氧化物的缺陷，并且，由于r1和导电氧化物基底的作用力强，增强了界面稳定性，使得器件在工作条件下的稳定性得到提升。②在咔唑母核的边臂引入一系列的芳香共轭基团r3，能够和咔唑母核配合，提高分子对于空穴的提取性能，调控界面能级，使其与钙钛矿的价带更加匹配，提高其对钙钛矿空穴的提取能力。③引入大极性基团，增大钙钛矿与空穴传输材料之间的相互作用，减少接触角，增加钙钛矿和空穴传输层的浸润性，有利于实现大面积钙钛矿太阳能电池组件或模组的制备。
45、即，将本专利技术所述的咔唑类有机化合物用于钙钛矿太阳能电池中，能够同时提高器件稳定性和效率，降低合成成本，有望用于大面积钙钛矿太阳能电池模组。
46、另外，本专利技术所述的咔唑类有机化合物也可用于发光二极管中，达到提高发光二极管的稳定性和效率的目的。
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【技术保护点】
1.一种咔唑类有机化合物，其特征在于，其结构通式如式(1)所示：
2.根据权利要求1所述的咔唑类有机化合物，其特征在于，其结构通式如式(2)所示：
3.根据权利要求1所述的咔唑类有机化合物，其特征在于，所述R1选自如下基团中的一种：
4.根据权利要求1至3任一项所述的咔唑类有机化合物，其特征在于，所述R2选自如下基团中的一种：
5.根据权利要求4所述的咔唑类有机化合物，其特征在于，所述R2选自如下基团中的一种：
6.根据权利要求1至3任一项所述的咔唑类有机化合物，其特征在于，所述各R4分别独立地选自氢、C1～C6烷基、C1～C6烷氧基、-CN或-NH2。
7.一种权利要求1至6任一项所述的咔唑类有机化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.一种空穴传输材料，其特征在于，包含权利要求1至6任一项所述的咔唑类有机化合物。
9.一种光电器件，其特征在于，包含层叠设置的功能层，至少一层所述功能层的材料选自权利要求1至6任一项所述的咔唑类有机化合物或权利要求8所述的空穴传输材料。
10.根据权利要求9所述的光电器件，其特征在于，所述光电器件为钙钛矿太阳能电池或模组，包括层叠设置的导电玻璃层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层及金属电极，所述空穴传输层的材料选自权利要求1至6任一项所述的咔唑类有机化合物或权利要求8所述的空穴传输材料。
11.根据权利要求10所述的光电器件，其特征在于，在所述电子传输层和所述金属电极之间还设有空穴阻挡层。
12.根据权利要求10或11所述的光电器件，其特征在于，满足如下(1)～(2)中的至少一项：
13.根据权利要求11所述的光电器件，其特征在于，满足如下(1)～(2)中的至少一项：
14.根据权利要求9所述的光电器件，其特征在于，所述光电器件为发光二极管，包含第一电极、第二电极、位于第一电极和第二电极之间的一层或多层功能层，至少一层所述功能层的材料选自权利要求1至6任一项所述的咔唑类有机化合物。
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【技术特征摘要】
1.一种咔唑类有机化合物，其特征在于，其结构通式如式(1)所示：
2.根据权利要求1所述的咔唑类有机化合物，其特征在于，其结构通式如式(2)所示：
3.根据权利要求1所述的咔唑类有机化合物，其特征在于，所述r1选自如下基团中的一种：
4.根据权利要求1至3任一项所述的咔唑类有机化合物，其特征在于，所述r2选自如下基团中的一种：
5.根据权利要求4所述的咔唑类有机化合物，其特征在于，所述r2选自如下基团中的一种：
6.根据权利要求1至3任一项所述的咔唑类有机化合物，其特征在于，所述各r4分别独立地选自氢、c1～c6烷基、c1～c6烷氧基、-cn或-nh2。
7.一种权利要求1至6任一项所述的咔唑类有机化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.一种空穴传输材料，其特征在于，包含权利要求1至6任一项所述的咔唑类有机化合物。
9.一种光电器件，其特征在于，包含层叠设置的功能层，至少一层所述功能层的材...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾海鹏，莫易，朱俊，张学玲，冯志强，
申请(专利权)人：天合光能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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