本发明专利技术公开了一种基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子及其制备方法和应用，属于机钙钛矿太阳能电池阴极界面材料及其制备技术领域。本发明专利技术解决了现有苝二酰亚胺类小分子作为界面层的钙钛矿器件的效率低的问题。本发明专利技术通过对苝二酰亚胺结构的酰胺位和湾位进行取代，有效赋予分子不同的功能官能团和功能侧链，有效提高器件的短路电流密度，同时通过分子结构调控还可以获得合适的LUMO能级，表现出良好的电子传输特性；且引入的功能官能团可以在金属电极界面处形成界面偶极，修正金属电极功函数，有效提高器件的开路电压。此外，苝二酰亚胺致密的骨架结构和功能官能团可以有效的抑制钙钛矿层和金属电极中的离子互相迁移扩散，有效提高器件的稳定性。提高器件的稳定性。提高器件的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及一种基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子及其制备方法和应用，属于机钙钛矿太阳能电池阴极界面材料及其制备
技术介绍
[0002]随着全球环境污染及能源危机日益严重，开发新的可再生能源迫在眉睫，相比于其他可再生能源，太阳能具备诸多优势，如资源丰富、洁净无污染和受地理位置限制小等优点。目前有机光伏电池因其成本低、价格低廉和可大面积印刷生产受到了学者们的青睐。钙钛矿太阳能电池作为第三代光伏器，在过去的十几年中得到了突飞猛进的发展。器件中的电子传输层、空穴传输层和界面层在器件效率的提升中起到至关重要的作用。由于钙钛矿层/电子传输层或电子传输层/电极之间的界面处存在较大的表面缺陷和能级势垒，造成界面处出现明显的激子复合，降低了器件的短路电流密度，较大的能级势垒减小了开路电压，这些问题极大降低了器件效率。
[0003]苝二酰亚胺类界面材料由于其较高的电导率和容易修饰的湾位和酰胺位，已被广泛研究作为界面层来减少器件中的界面缺陷，降低激子复合，提高电荷传输，修正能级不匹配，从而有效提高器件的短路电流密度和开路电压。目前使用的苝二酰亚胺类小分子作为界面层的钙钛矿器件的效率普遍偏低。因此，提供一种基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子，通过调节分子结构来改变分子堆积形貌，来提高材料的电导率、电子迁移率、自掺杂性能，继而更大提高器件的光电效率是十分必要的。
技术实现思路
[0004]本专利技术为了解决现有苝二酰亚胺类小分子作为界面层的钙钛矿器件的效率低的问题，提供一种具有合成简单、电导率高、电子迁移率高、稳定性好和醇溶解性好等优点，且可以作为阴极界面材料应用到钙钛矿太阳能电池中的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子及其制备方法。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子，该物质结构通式为：
[0007][0008]式中，R1和R2为C3
‑
C50取代或未取代的烷基、C3
‑
C50取代或未取代的氨基侧链、C3
‑
C50取代或未取代的二甲基铵侧链、C3
‑
C50取代或未取代的磺酸盐侧链、C3
‑
C50取代或未取代的烷氧基侧链、C3
‑
C50取代或未取代的季四铵盐侧链、C3
‑
C50取代或未取代的羧酸
盐侧链中的一种。
[0009]进一步限定，R1和R2的结构为下列中的一种：
[0010][0011]进一步限定，该物质结构式为下列P1
‑
P20中一种：
[0012][0013]上述结构通式为的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子的制备方法，
具体制备过程为：将化合物和NH2‑
R1与溶剂混合，在惰性气氛下加热反应，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，提纯处理，获得基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子。
[0014]进一步限定，制备方法反应过程为：
[0015][0016]进一步限定，加热反应温度为60℃
‑
90℃，时间为12
‑
72h。
[0017]进一步限定，溶剂为DMF。
[0018]进一步限定，惰性气氛为氮气气氛。
[0019]上述结构通式为的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子的制备方法，具体制备过程为：
[0020]首先，将化合物和NH2‑
R1与溶剂混合，在惰性气氛下加热反应，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，提纯处理，获得结构式为的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子；
[0021]然后，将和NH2‑
R2与溶剂混合，在惰性气氛下加热反应，反应结束后减压
蒸馏除去溶剂，提纯处理，获得结构式为的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子。
[0022]进一步限定，制备方法反应过程为：
[0023][0024]进一步限定，加热反应温度为60℃
‑
90℃，时间为12
‑
72h。
[0025]进一步限定，溶剂为DMF。
[0026]进一步限定，惰性气氛为氮气气氛。
[0027]本专利技术提供的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子作为阴极界面材料应用于钙钛矿太阳能电池中。
[0028]本专利技术通过对苝二酰亚胺结构的酰胺位和湾位进行取代，获得具有良好电化学性能、自掺杂性能和醇溶解性的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子，与现有技术相比，本专利技术有益效果具体体现在：
[0029](1)本专利技术提供的苝二酰亚胺结构的电子型小分子相比于苝二酰亚胺聚合物结构具有更简单的合成路线，具有更容易确定的分子结构和分子量；
[0030](2)本专利技术通过对苝二酰亚胺结构的酰胺位和湾位进行取代，有效调控分子的结构、分子的溶解性和成膜性，并且取代基的选择具有广泛性，可以有效赋予分子不同的功能官能团和功能侧链，进而提高分子的电导率、电子迁移率、自掺杂性能，有效提高器件的短路电流密度；
[0031](3)本专利技术制备的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子，通过分子结构调控可以获得合适的LUMO能级，进而表现出良好的电子传输特性；且引入的功能官能团可以在金属电极界面处形成界面偶极，修正金属电极功函数，有效提高器件的开路电压；
[0032](4)本专利技术制备的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子的苝二酰亚胺致密的骨架结构和功能官能团可以有效的抑制钙钛矿层和金属电极中的离子互相迁移扩散，有效提高器件的稳定性；
[0033](5)本专利技术提供的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子的制备方法具有原料易得、合成简单且产率高等优点。
[0034](6)本专利技术制备的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子由于合适的能级和优异的电子传输性能，将其作为阴极界面材料应用于钙钛矿太阳能电池中，能够有效提高电池器件的电子传输效率和稳定性。
附图说明
[0035]图1为太阳能电池器件的结构示意图。
具体实施方式
[0036]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0037]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
[0038]实施例1：
[0039]本实施例基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子的物质结构式为P1，具体结构如下所示：
[0040][0041]本实施例制备结构式为P1的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子的反应过程如下所示：
[0042][0043]具体操作过程为：
[0044]称取1.1g化合物1
‑
1，2mL(8equiv)化合物1
‑
2和DMF溶剂20本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子，其特征在于，该物质结构通式为：式中，R1和R2为C3
‑
C50取代或未取代的烷基、C3
‑
C50取代或未取代的氨基侧链、C3
‑
C50取代或未取代的二甲基铵侧链、C3
‑
C50取代或未取代的磺酸盐侧链、C3
‑
C50取代或未取代的烷氧基侧链、C3
‑
C50取代或未取代的季四铵盐侧链、C3
‑
C50取代或未取代的羧酸盐侧链中的一种。2.根据权利要求1所述的一种基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子，其特征在于，R1和R2的结构下列中的一种：3.根据权利要求1所述的一种基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子，其特征在于，该物质结构式为P1
‑
P20中一种：
4.一种权利要求1所述的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子的制备方法，其特征在于，将化合物和NH2‑
R1与溶剂混合，在惰性气氛下加热反应，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，提纯处理，获得结构为的基于苝二酰亚胺结构的电子型小分子。5.根据权利要求4所述的基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，吴涛，王代哲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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