基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料合成及光伏应用制造技术

本发明专利技术的基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料合成及光伏应用属于钙钛矿太阳能材料技术领域。制备方法包括无水条件下进行Knoevengel缩合反应、无水无氧条件下进行宫浦硼基化反应、无水无氧条件下进行Suzuki偶联反应等步骤。本发明专利技术方法合成步骤简易且成本低，可实现免掺杂材料的大规模制备；制备的材料在有机‑无机铅卤钙钛矿太阳能电池中分别获得高达18.34％和16.94％的光电转化效率，展现出了巨大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料合成及光伏应用
本专利技术属于钙钛矿太阳能材料
，具体涉及一种基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的免掺杂空穴传输材料合成方法及其在钙钛矿电池中的应用。技术背景寻找绿色、可持续发展能源以及寻求一种解决化石能源消耗过程带来的环境污染及能源日趋枯竭的问题已经迫在眉睫，基于此，各种清洁、无污染、可再生的新能源如太阳能、风能等如雨后春笋应运而生，其中，太阳能的高效利用在应对能源危机及相关问题显现出极大的应用价值和前景。而通过将太阳能转化成电能的应用技术研究至关重要。光伏太阳能电池是利用半导体的光伏打效应工作原理可以将太阳能直接转化成电能的一种器件。光伏打效应的原理是，太阳光照射下半导体吸收光波中的光子进而形成激子(空穴-电子对)，在内建电场的作用下，空穴-电子对有效分离后迁移至电极收集，在外接电路条件下形成电流回路。经过技术的革新，太阳能转化为电能的技术在过去几十年来持续不断地进步发展。以单晶硅基为代表的第一代太阳能电池在过去四十年里一直是光伏器件的主要类型，基于此类电池制备成本昂贵，光伏科研者设计开发了以碲化镉CdTe和铜铟镓硒/硫化物CIGs为代表的第二代太阳能电池，但是此类器件在大面积柔性器件制备方面存在缺陷，科学家继续开发以染料敏化太阳能电池(DSSC)有机太阳能电池(OSCs)以及钙钛矿太阳能电池(PSCs)的第三代太阳能电池。尤其是PSCs，凭借出色的载流子迁移率以及高效的光吸收引起了光伏研究者的广泛重视。尽管单晶硅太阳能电池获得了超过25％的光电转化效率(Powerconversionefficiency,PCE)，基于第一代和第二代为主导的太阳能电池地位正面临PSCs严重挑战。在短短近十年时间里，PSCs便从最初3.8％的PCE[JournaloftheAmericanChemicalSociety,2009,131,6050-6051]提升到了NREL认证的24.2％。如何保持器件室温效率和稳定性依然是钙钛矿太阳能电池在商业化道路上面临的主要难题，也是当前研究的热点方向。空穴传输材料(HTM)是钙钛矿太阳能电池器件的重要组成部分，HTM的引入对钙钛矿太阳能电池效率的提升带来了巨大的推动作用。例如，性能优异的2,2',7,7'-四(N,N-二甲氧基苯基胺)-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)就是杰出的空穴传输材料代表。但是Spiro-MeOTAD合成成本高昂，不利于商业化推广。此外，高效率PSCs的获取需要使用t-BP、LiTFSI以及钴配位化合物等掺杂剂，掺杂剂的使用导致PSCs在吸湿性方面显著的增加，进而加速电池的老化，致使PSCs的效率不稳定。因此，设计开发出更为廉价、高效以及免掺杂的HTM成为PSCs领域的一大研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服
技术介绍
存在的不足，提供一种应用于钙钛矿太阳能电池的免掺杂空穴传输层材料，以及该材料的合成方法及其在太阳能电池方面的应用。本专利技术的技术方案是：一种基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料，具有以下IT-C6或IT-C8的结构式：一种基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料的合成方法，包括如下具体步骤：(1)：无水条件下，以无水乙醇为溶剂，加入化合物1、化合物2和叔丁醇钾，80～90℃条件下进行Knoevengel缩合反应得到化合物3或3’；按摩尔比，化合物1:化合物2:叔丁醇钾＝1:2～4:2～4；所述的化合物1是4,4,9,9-四己基-4,9-二氢-s-茚满[1,2-b：5,6-b']二噻吩-2,7-二甲醛或4,4,9,9-四辛基-4,9-二氢-s-茚满[1,2-b：5,6-b']二噻吩-2,7-二甲醛，化合物2是2，7-二溴芴；(2)：无水无氧条件下，以1,4-二氧六环为溶剂，加入化合物4(4-溴-4',4'-二甲氧基三苯胺)、联硼酸频那醇酯、[双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯和乙酸钾，85℃条件下进行宫浦硼基化反应，得到化合物5；按摩尔比，化合物4:联硼酸频那醇酯:[双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯:乙酸钾＝1:2.5～4:0.03～0.1:7.8；所述的化合物4是4-溴-4',4'-二甲氧基三苯胺；(3)：无水无氧条件下，在复相溶剂中，加入化合物3与化合物5，以四[三苯基膦]钯为催化剂，在85℃条件下进行Suzuki偶联反应制得目标化合物IT-C6或IT-C8；所述的复相溶剂是由四氢呋喃和1mol/L碳酸钾水溶液按2:1的体积比混合得到的；按摩尔比，化合物3:化合物5:四(三苯基膦)钯＝1:4～8:0.05～0.1。一种基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料的用途，其特征在于，用于制备有机-无机铅卤钙钛矿太阳能电池器件，具体步骤包括：将所述的IT-C6或IT-C8材料溶解于氯苯得到溶液，旋涂到清洗干净的ITO玻璃片表面30s形成薄膜(参数设置为4000rpm·s-130s)，在自然环境下将旋涂后的ITO玻璃片置于100℃恒温条件退火10min，随后转移至氮气保护的手套箱中制备活性层，在旋涂了IT-C6或IT-C8材料的ITO玻璃片再旋涂钙钛矿溶液形成钙钛矿薄膜(参数设置为5000rpm·s-110s)，随后在100℃温度下退火15min，将PC61BM溶液旋涂到上述钙钛矿薄膜外层形成PC61BM薄膜(参数设置为1000rpm·s-145s)，再将乙酰丙酮锆溶液旋涂到上述PC61BM薄膜外层形成乙酰丙酮锆薄膜(参数设置为5000rpm·s-130s)，最后，通过蒸镀在10-4Pa下沉积经由掩模板限定形状的Al极，厚度为100nm，得到有机-无机铅卤钙钛矿太阳能电池器件。有益效果：本申请与主流的Spiro-OMeTAD空穴传输层材料相比，其合成步骤简单，制备成本大幅下降，显现出廉价的特质；在无需使用t-BP、LiTFSi及钴掺杂剂等掺杂情况下，大大简化了器件制作程序，同时实现了钙钛矿层的钝化，大大提升了器件的稳定性，获得了18.34％和16.94％的光电转化效率。附图说明图1为实施例1制备的材料IT-C6的核磁共振氢谱。图2为实施例1制备的材料IT-C6的核磁共振碳谱。图3为实施例1制备的材料IT-C8的核磁共振氢谱。图4为实施例1制备的材料IT-C8的核磁共振碳谱。图5为实施例1制备的材料IT-C6和IT-C8的热失重曲线。图6为实施例1制备的材料IT-C6和IT-C8的差示热重扫描曲线。图7为实施例1制备的材料IT-C6和IT-C8的紫外-可见吸收光谱。图8为实施例1制备的材料IT-C6和IT-C8的循环伏安曲线。图9为实施例4基于IT-C6和IT-C8的钙钛矿太阳能电池器件的J-V曲线。图10为实施例4基于IT-C6和IT-C8的钙钛矿太阳能电池器件结构示意图。具体实施方式本专利技术所述的基于二苯并芴桥联茚并二噻吩核心接枝三苯胺的免掺杂空穴传输材料合成路线如下：实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料，具有以下IT-C6或IT-C8的结构式：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料，具有以下IT-C6或IT-C8的结构式：





2.一种权利要求1所述的基于引达省并二噻吩桥联芴三苯胺的材料的合成方法，包括如下具体步骤：
(1)：无水条件下，以无水乙醇为溶剂，加入化合物1、化合物2和叔丁醇钾，80～90℃条件下进行Knoevengel缩合反应得到化合物3或3’；按摩尔比，化合物1:化合物2:叔丁醇钾＝1:2～4:2～4；所述的化合物1是4,4,9,9-四己基-4,9-二氢-s-茚满[1,2-b：5,6-b']二噻吩-2,7-二甲醛或4,4,9,9-四辛基-4,9-二氢-s-茚满[1,2-b：5,6-b']二噻吩-2,7-二甲醛，化合物2是2，7-二溴芴；
(2)：无水无氧条件下，以1,4-二氧六环为溶剂，加入化合物4(4-溴-4',4'-二甲氧基三苯胺)、联硼酸频那醇酯、[双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯和乙酸钾，85℃条件下进行宫浦硼基化反应，得到化合物5；按摩尔比，化合物4:联硼酸频那醇酯:[双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯:乙酸钾＝1:2.5～4:0.03～0.1:7.8；所述的化合物4是4-溴-4',4'-二甲氧基三苯胺；
(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：车广波，朱恩伟，刘春波，姜威，杜鹃，付丽影，逯野，
申请(专利权)人：吉林师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22