一种有机小分子界面修饰材料及其应用和钙钛矿太阳电池制造技术

本发明专利技术公开了一种有机小分子界面修饰材料及其应用和钙钛矿太阳电池。其中，有机小分子界面修饰材料LS1、LS2或LS3，有机小分子界面修饰材料通过物理吸附和化学反应可以对氧化镍进行表面修饰，不仅能降低氧化镍表面的缺陷态密度，抑制氧化镍表面Ni

【技术实现步骤摘要】
一种有机小分子界面修饰材料及其应用和钙钛矿太阳电池


[0001]本专利技术属于能源、材料领域，尤其涉及一种有机小分子界面修饰材料及其应用和钙钛矿太阳电池。

技术介绍

[0002]通过太阳电池来高效地转化太阳光为电能一直以来是学术界与产业界关注与研究的热点。硅基太阳电池为主导的无机太阳电池是目前所有太阳电池中发展最为成熟的品种，具有相对较高的光电转化效率，但生产制造过程中高的能耗与污染带来了高昂的生产成本，同时对周边环境造成污染。
[0003]可溶液加工的太阳电池，能够通过刮涂，卷对卷等技术实现清洁、高效、大规模批量生产，是太阳电池未来发展的方向之一。代表性的可溶液加工太阳电池(有机(聚合物)电池、有机
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无机杂化钙钛矿电池、量子点敏化电池等)的光电转换效率的研究在快速发展。其中钙钛矿太阳电池近年来效率得到了飞速发展，截至2020年，研究报道有机太阳电池的最高效率超过25％(National Renewable Energy Laboratory,Best research
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cell efficiencies chart(2020)；www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best
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research
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cell
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efficiencies.20200218.pdf.)，说明钙钛矿太阳电池具有很好的产业化前景。
[0004]在有机太阳电池中，目前所使用的空穴传输材料局限于金属氧化物、界面聚合物PTAA等。其中，氧化镍这类金属氧化物具有较高的透光率和导电性，被广泛用于p
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i
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n型器件中，然而，氧化镍在加工过程中表面形成较多的缺陷态，以及氧化镍的能级与钙钛矿光活性层能级不匹配造成载流子在界面处的严重复合。因此，开发合适的有机单分子自组装材料，提高界面处载流子的提取能力，提高器件稳定性对于器件性能的提升起到至关重要的作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术不足，并提供一种有机小分子界面修饰材料及其应用和钙钛矿太阳电池。该有机小分子界面修饰材料用于通过自组装方式修饰金属氧化物表面，以形成功能性良好的钙钛矿太阳电池。
[0006]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种有机小分子界面修饰材料，所述有机小分子界面修饰材料为LS1、LS2或LS3，LS1、LS2及LS3的化学结构式具体如下：
[0008][0009]其中，所述LS1的制备方法，具体如下：
[0010]将4
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二苯胺基苯甲醛、氰基乙酸及β
‑
氨基丙酸加入干燥的反应容器中，随后加入由乙醇及1,2
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二氯乙烷组成的第一混合溶剂；在惰性气氛下进行加热回流反应，冷却至室温，清洗产物后利用硅胶色谱分离柱提纯，得到最终产物LS1；
[0011]所述4
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二苯胺基苯甲醛、氰基乙酸及β
‑
氨基丙酸的摩尔比为1：(1.5～3)：(0.1～1)；所述加热回流反应中，每2mmol的4
‑
二苯胺基苯甲醛加入5ml所述第一混合溶剂，回流温度为80℃，反应时间为24h；所述第一混合溶剂中乙醇与1,2
‑
二氯乙烷的体积比为1:2。
[0012]所述LS2的制备方法，具体如下：
[0013]将4
‑
(9H
‑
咔唑
‑9‑
基)苯甲醛、氰基乙酸和醋酸铵加入干燥的反应容器中，在惰性气氛下加入乙酸并进行加热回流反应，冷却至室温，清洗产物后利用硅胶色谱分离柱提纯，得到最终产物LS2；
[0014]所述4
‑
(9H
‑
咔唑
‑9‑
基)苯甲醛、氰基乙酸和醋酸铵的摩尔比为1：(2～3)：(0.5～1)；所述加热回流反应中，每2mmol的4
‑
(9H
‑
咔唑
‑9‑
基)苯甲醛加入10ml乙酸，回流温度为120℃，反应时间为24h。
[0015]其中，所述4
‑
(9H
‑
咔唑
‑9‑
基)苯甲醛的制备方法具体如下：
[0016]将咔唑、4
‑
碘苯甲醛和碳酸铯与超干甲苯(色谱纯甲苯)一同加入干燥的反应容器中，利用液氮冷冻后置换氩气；随后加入催化剂三二亚苄基丙酮二钯和配体2
‑
二环己基膦
‑
2',4',6'
‑
三异丙基联苯，并再次置换氩气；将反应体系解冻后进行加热回流反应，清洗产物后利用硅胶色谱分离柱提纯，得到4
‑
(9H
‑
咔唑
‑9‑
基)苯甲醛；
[0017]所述咔唑、4
‑
碘苯甲醛、碳酸铯、三二亚苄基丙酮二钯、2
‑
二环己基膦
‑
2',4'和6'
‑
三异丙基联苯(XPhos)的摩尔比为1：(1.1～1.2)：(2～2.5)：(0.02～0.05)：(0.04～1)；所述加热回流反应中，每2mmol的咔唑加入10ml超干甲苯，回流温度为110℃，反应时间为12h。
[0018]所述LS3的制备方法，具体如下：
[0019]将4
‑
(二苯氨基)苯甲酸乙酯放入干燥的反应容器中，加入由乙醇溶液与氢氧化钠溶液组成的第二混合溶剂；在惰性气氛下进行加热回流反应，冷却至室温，萃取并清洗产物后，利用硅胶色谱分离柱提纯，得到最终产物LS3；
[0020]所述4
‑
(二苯氨基)苯甲酸乙酯和氢氧化钠的摩尔比为1：(2～3)；所述乙醇溶液中无水乙醇与水的体积比为2：1；利用盐酸将经过加热回流反应得到的溶液PH值调节至酸性，再利用氯仿将产物从水相中进行萃取；所述加热回流反应中，每2mmol的4
‑
(二苯氨基)苯甲酸乙酯加入10ml所述第二混合溶剂，回流温度为80℃，反应时间为8h。
[0021]其中，所述4
‑
(二苯氨基)苯甲酸乙酯的制备方法具体如下：
[0022]将二苯胺、对碘苯甲酸乙酯、碳酸铯与超干甲苯一同加入干燥的反应容器中，利用液氮冷冻后置换氩气；随后加入催化剂三二亚苄基丙酮二钯和配体2
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二环己基膦
‑
2',4',6'
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三异丙基联苯，并再次置换氩气；将反应体系解冻后进行加热回流反应，清洗产物后利用硅胶色谱分离柱提纯，得到4
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(二苯氨基)苯甲酸乙酯；
[0023]所述二苯胺、对碘苯甲酸乙酯、碳酸铯、三二亚苄基丙酮二钯和2
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二环己基膦
‑
2',4',6'
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三异丙基联苯的摩尔比为1：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机小分子界面修饰材料，其特征在于，所述有机小分子界面修饰材料为LS1、LS2或LS3，LS1、LS2及LS3的化学结构式具体如下：2.一种如权利要求1所述有机小分子界面修饰材料在修饰金属氧化物上的应用，其特征在于，具体如下：将由有机小分子界面修饰材料制得的修饰材料溶液在金属氧化物上进行旋涂，退火冷却后洗涤，以实现金属氧化物的修饰。3.一种基于有机小分子界面修饰材料的钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括由下至上依次呈层状排布的基底(1)、透明电极层(2)、金属氧化物空穴传输层(3)、小分子界面修饰层(4)、钙钛矿活性层(5)、富勒烯电子传输层(6)、空穴阻挡层(7)和金属电极层(8)；所述小分子界面修饰层(4)为如权利要求1所述有机小分子界面修饰材料LS1、LS2及LS3中的任意一种。4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述基底(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昌治，刘浩燃，严康荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：