【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池，特别涉及一种以酰亚胺为烷基链端的空穴传输材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着科技的不断发展，能源需求成为亟待解决的问题之一。日益增长的能源需求，传统化石能源的枯竭，使人类不得不探索出一种新型可持续的能源，为将来的能源枯竭提前做好准备。太阳能具有可再生无污染的优点，取之不尽用之不竭，不像传统化石能源那样形成周期非常漫长。作为一种最常见可观的可持续能源，近些年来逐渐成为科学家们的研究热点。如何高效并且低成本的利用太阳能，成为人们关注的重点。目前在实际生产和大规模应用中占据主导地位的太阳能电池主要由无机半导体材料组成，主要包括单晶硅、多晶硅和非晶硅无机太阳能电池。其中硅基太阳能电池已经发展较为成熟，但是由于硅复杂的提纯工艺，以及昂贵的生产设备，发展受到一定限制。而高效的非晶硅太阳能电池大多含有镉、砷等毒性重金属元素，会造成严重的环境污染，必然不受到欢迎。科学家们陆续开发出各种新型太阳能电池，包括有机太阳能电池(opv)、染料敏化太阳能电池(dssc)，量子点太阳能电池和本课题研究的钙钛矿太阳能电池等。其中钙钛矿太阳能电池具有与硅太阳能电池相媲美的光电转换效率，并且制备工艺简单，成本相对较低，发展潜力巨大。在典型的n-i-p结构的钙钛矿结构中，空穴传输材料(htm)在有效的空穴提取、逆电子流阻断和保护湿敏钙钛矿中是不可替代的组成部分。
2、本专利技术所述的空穴传输材料合成路线简单、产率优良，原料易得，与常见的螺二芴(spiro)相比具有较低的成本以及较好的稳定性，以酰亚胺为烷基链端的空
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种以酰亚胺为烷基链端的d-π-d型空穴传输材料及其制备方法和应用，以酰亚胺为烷基链端的空穴传输材料具有匹配钙钛矿的homo能级，从而能够有效确保空穴的高效分离与传输，同时还能够有效阻挡空穴从钙钛矿层跃迁至空穴传输层，抑制界面电子复合的发生。更值得注意的是该空穴分子烷基链的酰胺结构的羰基还能有效的钝化钙钛矿分子，使得器件在效率和稳定性方面有很大的提高。此外，该空穴传输材料制备方法简单，产率高，制备成本低，是一种性能优良的光电材料。
2、技术方案：本专利技术提供了一种以酰亚胺为烷基链端的空穴传输材料，具有式(11)的化学结构式：
3、
4、本专利技术进一步提供了上述式(1)化合物的制备方法，包括如下步骤：
5、s1：使式(1)化合物和溴丙烷化合物发生烷基化反应生成式(3)化合物；
6、
7、s2：使式(2)化合物和式(3)化合物发生suzuki偶联反应生成式(4)化合物；
8、
9、s3：使式(5)化合物和式(6)化合物发生偶联反应生成式(7)化合物；
10、
11、s4：使式(7)化合物通过溴代反应生成式(8)化合物；
12、
13、s5：使式(8)化合物和式(4)化合物发生suzuki偶联反应生成式(9)化合物；
14、
15、s6：使式(9)化合物和式(10)化合物发生上溴反应生成式(11)终产化合物；
16、
17、优选地，在所述s1中，将式(1)化合物加入到甲苯溶剂中，再加入氢氧化钾水溶液(1.5m)，等待反应10min，向溶液中加入溴丙烷以及催化量的tbab，加热到60℃，反应大概1h得到式(2)化合物，其中参与反应的化合物用量以物质的量衡算标准计，式(1)化合物∶溴丙烷＝1∶2。
18、优选地，在所述s2中，将式(2)化合物和式(3)化合物放在两颈烧瓶中，称量所需的催化剂pd(dppf)c12，koac快速放入两颈烧瓶，然后进行抽真空充氮气操作，保证真空无水无氧环境下进行反应，用一次性针管将二氧六环溶剂注入反应瓶中，加热到100℃，反应大约3h，反应结束，得到式(4)化合物。其中参与反应的化合物用量以物质的量衡算标准计，式(2)化合物∶式(3)化合物∶催化剂∶碱＝1∶1.5∶0.05∶3。
19、优选地，在所述s3中，惰性气体保护下，将式(5)化合物、式(6)化合物、三(二亚苄基丙酮)二钯、1，1′-双(二苯基膦基)二茂铁、叔丁醇钠和无水甲苯加到反应容器中，100℃加热反应8～12h得到式(7)化合物，其中参与反应化合物用量以物质的量衡算标准计，式(8)化合物：式(9)化合物∶钯催化剂∶膦配体∶碱＝1∶1～1.5∶0.01～0.1∶0.04～0.4∶3～6。
20、优选地，在所述s4中，在冰浴避光条件下，将式(7)化合物和无水四氢呋喃加到反应容器中，分批加入n-溴代丁二酰亚胺，移去冰浴，室温反应4～8h得到式(8)化合物，其中参与反应化合物用量以物质的量衡算标准计，式(7)化合物∶n-溴代丁二酰亚胺＝1∶2～3。
21、优选地，在所述s5中，在惰性气体保护条件下，式(8)化合物、式(4)化合物、四(三苯基膦)钯、碳酸钾，无水甲苯加到反应容器中，100℃加热反应8～12h得到式(9)化合物，其中参与反应的化合物用量以物质的量衡算标准计，式(8)化合物∶式(4)化合物∶四(三苯基膦)钯∶碳酸钾＝1∶2～3∶0.1∶5。
22、优选挑，在所述s6中，室温条件下，将式(9)化合物、式(10)化合物、氢化钠放入到dmso溶液中，反应8-10h，得到式(11)终产化合物。其中参与反应的化合物用量以物质的量衡算标准计，式(9)化合物∶式(10)化合物∶氢化钠＝1∶4∶0.1。
23、本专利技术还进一步提供了上述以酰亚胺为烷基链端的空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用。
24、有益效果：1、本专利技术提供的空穴传输材料以酰亚胺为烷基链端的d-π-d型htm，带烷基链的咔唑作为电子给体单元，线性平面化噻吩稠杂环作为共轭桥，从而构建出d-π-d型空穴传输材料，它具有成膜性好以及光热稳定性强的优点；同时，分子咔唑侧链中的酰胺基团的加入能够更加有效的改善分子的homo能级，同时所含有的羰基基团可以钝化钙钛矿表面，显著提高器件的性能。
25、2、本专利技术提供的空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用，测试结果表明(如图3)：电池器件短路光电流密度达23.59ma cm-2，开路电压为1.18mv，填充因子0.67，光电转化效率达到18.06％，对提高钙钛矿太阳能电池效率具有实际意义。
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1.一种一种以酰亚胺为烷基链端的空穴传输材料及其制备方法和应用，其特征在于：此小分子材料与常用螺二芴(Spiro)相比，具有较低的成本，更高的空穴迁移率，将其应用于钙钛矿太阳能电池中，得到高的光电转换效率。
2.根据权利要求1所述的利用碳氮偶联反应，Suzuki偶联等合成目标化合物，其特征在于：低成本高产率。
3.根据权利要求1所述的制备以酰亚胺为烷基链端的空穴传输材料，其特征在于：给类似咔唑端上烷基链采用甲苯且在60℃的条件下反应1h。
4.根据权利要求1所述的制备以酰亚胺为烷基链端的空穴传输材料，其特征在于：上硼酯反应采用Pd(dppf)Cl2，KOAC，且控制催化剂的当量在0.05eq。
5.根据权利要求1所述的制备以酰亚胺为烷基链端的空穴传输材料，其特征在于：Buchwald-Hartwig偶联反应有机胺当量控制在1.3eq-3eq。
6.根据权利要求1所述的利用旋涂工艺制备太阳能电池，其特征在于：高空穴迁移率，高导电率，良好成膜性，高光电转换效率。
【技术特征摘要】
1.一种一种以酰亚胺为烷基链端的空穴传输材料及其制备方法和应用，其特征在于：此小分子材料与常用螺二芴(spiro)相比，具有较低的成本，更高的空穴迁移率，将其应用于钙钛矿太阳能电池中，得到高的光电转换效率。
2.根据权利要求1所述的利用碳氮偶联反应，suzuki偶联等合成目标化合物，其特征在于：低成本高产率。
3.根据权利要求1所述的制备以酰亚胺为烷基链端的空穴传输材料，其特征在于：给类似咔唑端上烷基链采用甲苯且在60℃的条件下反应1h。...
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