一种空穴界面材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种空穴界面材料及其制备方法与应用。所述空穴界面材料具有如式Ⅰ所示结构。本发明专利技术提供的空穴界面材料具有较低的制备成本与优良的溶解性，有些甚至可以在绿色溶剂中进行溶解加工，并可以得到较好的薄膜形貌与界面特性以及具有可调控的光电性能，可应用于钙钛矿太阳能电池中。钙钛矿太阳能电池中。钙钛矿太阳能电池中。

【技术实现步骤摘要】
一种空穴界面材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种空穴界面材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]近几年来，以有机
‑
无机杂化钙钛矿材料为“光捕获剂”的钙钛矿太阳能电池取得了飞速的发展，其最近的验证效率已经突破25%，可以媲美硅基太阳能电池。钙钛矿太阳能电池中除了活性层钙钛矿之外，空穴界面材料也非常关键；其可通过界面修饰增强空穴的抽取与转移，对于提高器件的性能十分重要。
[0003]目前，在反式钙钛矿电池中，最常用的空穴界面材料为PTAA。但是，PTAA造价成本较高，且表面疏水性太强不利于钙钛矿前驱液的铺展，导致钙钛矿成膜均一性差，器件重现性低。因此，设计开发低成本、高效率的空穴界面材料对提升钙钛矿太阳能电池稳定性，降低电池制作成本具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种空穴界面材料及其制备方法与应用，所述空穴界面材料具有较低的制备成本与优良的溶解性，有些甚至可以在绿色溶剂中进行溶解加工，并可以得到较好的薄膜形貌与界面特性以及具有可调控的光电性能，可应用于钙钛矿太阳能电池中。
[0005]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种空穴传输材料，所述空穴传输材料具有如式Ⅰ所示结构：式I；其中，D基团为给体单元基团；A1、A2、A3各自独立地选自碳或氮；X1、X2各自独立地选自氢、氟、氰基、甲氧基、2
‑
甲氧基乙氧基或2
‑
（2
‑
甲氧基乙氧基）乙氧基中的任意一种；E1、E2各自独立地选自氢、氟或甲基中的任意一种；Y选自氧或硫中的任意一种。
[0006]优选地，所述D基团选自如下所示给体单元基团中的任意一种：
；其中，R基团独立地选自氢、甲基、甲氧基、2
‑
甲氧基乙氧基、2
‑
（2
‑
甲氧基乙氧基）乙氧基、甲硫基、叔丁基或乙烯基中的任意一种，虚线表示基团连接位置。
[0007]优选地，所述空穴界面材料包括如下所示化合物中的任意一种：料包括如下所示化合物中的任意一种：
。
[0008]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述的空穴界面材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）化合物A与化合物B进行偶联反应，得到化合物C，反应式如下：；（2）化合物C通过水解反应，得到式I所示化合物，反应式如下：；其中，D基团为给体单元基团；A1、A2、A3各自独立地选自碳或氮；X1、X2各自独立地选自氢、氟、氰基、甲氧基、2
‑
甲氧基乙氧基或2
‑
（2
‑
甲氧基乙氧基）乙氧基中的任意一种；E1、E2各自独立地选自氢、氟或甲基中的任意一种；Y选自氧或硫中的任意一种。
[0009]优选地，步骤（1）所述偶联反应的催化剂为钯催化剂。
[0010]优选地，所述钯催化剂为Pd(PPh3)4（四(三苯基膦)钯）。
[0011]优选地，步骤（1）中化合物A与化合物B的摩尔质量比为1:(2.4
‑
3.0)，例如可以是1:2.4、1:2.5、1:2.6、1:2.7、1:2.8、1:2.9、1:3.0。
[0012]优选地，步骤（1）所述偶联反应的溶剂包括四氢呋喃、水或甲苯中的任意一种或至少两种的组合。
[0013]优选地，步骤（1）所述偶联反应的温度为100
‑
120℃，例如可以是100℃、105℃、110℃、115℃、120℃。
[0014]优选地，步骤（1）所述偶联反应的时间为20
‑
28 h，例如可以是20 h、21 h、22 h、23 h、24 h、25 h、26 h、27 h、28 h。
[0015]优选地，步骤（2）所述水解反应的溶剂为甲醇和四氢呋喃；优选地，步骤（2）所述水解反应的温度为30
‑
60℃，例如可以是30℃、40℃、50℃、60℃。
[0016]优选地，步骤（2）所述水解反应的时间为10
‑
20 h，例如可以是10 h、11 h、12 h、13 h、14 h、15 h、16 h、17 h、18 h。
[0017]优选地，所述化合物A的制备方法具体包括以下步骤：（A）含D基团的给体化合物与式Ⅱ所示卤代试剂进行偶联反应，得到式Ⅲ所示化合物，反应式如下所示：；（B）式Ⅲ所示化合物与联硼酸频那醇酯反应，得到化合物A，反应式如下所示：；优选地，步骤（A）所述偶联反应的催化剂为钯催化剂。
[0018]优选地，所述钯催化剂为Pd2(dba)3（三(二苄基丙酮)二钯(0)）。
[0019]优选地，步骤（A）所述偶联反应的溶剂包括四氢呋喃、水或甲苯中的任意一种或至少两种的组合。
[0020]优选地，步骤（A）所述偶联反应的温度为100
‑
120℃，例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃。
[0021]优选地，步骤（A）所述偶联反应的时间为20
‑
28 h，例如可以是20 h、21 h、22 h、23 h、24 h、25 h、26 h、27 h、28 h。
[0022]优选地，步骤（B）所述反应的催化剂为钯催化剂。
[0023]优选地，所述钯催化剂为Pd(dppf)Cl2（[1,1'
‑
双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯）。
[0024]优选地，步骤（B）所述反应的溶剂为1,4
‑
二氧六环。
[0025]优选地，步骤（B）所述偶联反应的温度为100
‑
120℃，例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃。
[0026]优选地，步骤（B）所述反应的时间为20
‑
28 h，例如可以是20 h、21 h、22 h、23 h、24 h、25 h、26 h、27 h、28 h。
[0027]第三方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的空穴界面材料在制备太阳能电池材料中的应用。
[0028]优选地，所述太阳能电池为钙钛矿太阳能电池。
[0029]第四方面，本专利技术提供一种空穴界面层，所述空穴界面层包括如第一方面所述的空穴界面材料。
[0030]第五方面，本专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括如第四方面所述的空穴界面层。
[0031]优选地，所述钙钛矿太阳能电池由上到下依次包括：阳极电极层、空穴界面层、钙钛矿活性层、电子传输层和阴极电极层。
[0032]优选地，所述阳极电极层为ITO导电玻璃。
[0033]优选地，所述阳极电极层的厚度为150
‑
180 nm，例如可以是150 nm、160 nm、170 nm、180 nm。
[0034]优选地，所述空穴传输层的厚度为1
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空穴界面材料，其特征在于，所述空穴界面材料具有如式I所示结构：式I；其中，D基团为给体单元基团；A1、A2、A3各自独立地选自碳或氮；X1、X2各自独立地选自氢、氟、氰基、甲氧基、2
‑
甲氧基乙氧基或2
‑
（2
‑
甲氧基乙氧基）乙氧基；E1、E2各自独立地选自氢、氟或甲基；Y选自氧或硫。2.根据权利要求1所述的空穴界面材料，其特征在于，所述的给体单元基团D选自如下结构所示的给体单元基团中的任意一种：结构所示的给体单元基团中的任意一种：；其中，R基团独立地选自氢、甲基、甲氧基、2
‑
甲氧基乙氧基、2
‑
（2
‑
甲氧基乙氧基）乙氧基、甲硫基、叔丁基或乙烯基，N上的虚线表示基团连接位置。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的空穴界面材料，其特征在于，所述空穴界面材料选自如下所示化合物中的任意一种：
。4.权利要求1
‑
3任一项所述的空穴界面材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）化合物A与化合物B进行偶联反应，得到化合物C，反应式如下：；（2）化合物C通过水解反应，得到式I所示化合物，反应式如下：
；其中，D基团为给体单元基团；A1、A2、A3各自独立地选自碳或氮；X1、X2各自独立地选自氢、氟、氰基、甲氧基、2
‑
甲氧基乙氧基或2
‑
（2
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甲氧基乙氧基）乙氧基；E1、E2各自独立地选自氢、氟或甲基；Y选自氧或硫。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述偶联反应的催化剂为钯催化剂；优选地，所述钯催化剂为Pd(PPh3)4；优选地，步骤（1）中化合物A与化合物B的摩尔质量比为1:(2.4
‑
3.0)；优选地，步骤（1）所述偶联反应的溶剂包括四氢呋喃、水或甲苯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤（1）所述偶联反应的温度为100
‑
120℃；优选地，步骤（1）所述偶联反应的时间为20
‑
28 h；优选地，步骤（2）所述水解反应的溶剂为甲醇或四氢呋喃；优选地，步骤（2）所述水解反应的温度为30
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王漾，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：