一种以苯并二吡嗪为核的芳胺类空穴传输材料的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种以苯并二吡嗪为核的芳胺类空穴传输材料的制备及应用，属于钙钛矿太阳能电池领域。本发明专利技术所述的空穴传输材料合成路线简单，成本低廉、空穴迁移率高，稳定性好，可作为空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池的制备。采用本发明专利技术设计的一种以苯并二吡嗪为核的芳胺类空穴传输材料制备的钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率，良好的稳定性。本发明专利技术设计的一种以苯并二吡嗪为核的芳胺类空穴传输材料为钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料的设计提供了新的思路，具有潜在的应用价值。值。值。值。

【技术实现步骤摘要】
一种以苯并二吡嗪为核的芳胺类空穴传输材料的制备及应用


[0001]本专利技术属于有机光电功能材料
，具体涉及一种以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料及其制备方法，以及在钙钛矿太阳能电池中的应用。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池具有制备简单、成本低廉、光电转换效率高等优点，被认为是一种应用前景广泛的光伏技术。目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率实验室记录已经超过25％，具有很强的市场竞争力。为了加快钙钛矿太阳能电池的产业化进程，需要进一步提升钙钛矿太阳能电池的稳定性以及材料的性价比。作为钙钛矿太阳能电池中重要的组成部分，有机空穴传输材料的性能对电池光电转换效率及稳定性具有重要影响，开发制备简单且性能优异的有机空穴传输材料是钙钛矿太阳能电池研究领域的研究重点之一，对推动钙钛矿太阳能电池产业化进程具有非常重要的意义。
[0003]目前被广泛应用于钙钛矿太阳能电池且获得较高光电转换效率的空穴传输材料主要有有机高分子空穴传输材料PTAA(聚[双(4
‑
苯基)(2，4，6
‑
(三甲基苯基)胺])和有机小分子空穴传输材料Spiro
‑
OMeTAD(2，2
′
，7，7
′‑
四[N，N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺二芴)等。然而PTAA和Spiro
‑
OMeTAD由于自身导电性较差、空穴迁移率较低，需要使用掺杂剂和添加剂，如双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)等，来提高空穴传输层的导电性能。然而这些掺杂剂和添加剂的使用一方面会降低电池的稳定性，另一方面还增加了电池的制作成本。此外，PTAA和Spiro
‑
OMeTAD的合成路线繁琐，条件苛刻，制备成本高，增加了电池的制作成本。因此，设计开发合成路线简单、制备成本低廉，性能优异且稳定性高的非掺杂有机空穴传输材料对钙钛矿太阳能电池走向商业化应用具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术以苯并二吡嗪为核构建了一种新型的有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA。该材料分子能级与钙钛矿材料相匹配、稳定性高，易于溶液法成膜，可作为空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池中。有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA可以在不使用掺杂剂和添加剂的条件下应用于钙钛矿太阳能电池的制备，获得了较高的光电转换效率，提高了电池的稳定性，并且降低了制作成本，具有潜在的应用价值。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供了一种以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料的制备方法，其合成路线简单、反应条件温和，提纯工艺简单，避免了使用大多数空穴传输材料合成中所需的贵金属催化偶联反应，制备成本低廉，具有较高的应用价值。
[0006]本专利技术提供的一种以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料，其化学结构式(I)：
[0007][0008]所述的一种以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA的合成步骤为：
[0009][0010](1)将三氯化铝加入到无水二氯甲烷中并在冰浴下持续搅拌，之后将4，4
’‑
二甲氧基三苯胺的二氯甲烷溶液滴加到混合液中，最后将草酰氯滴加到混合液中，反应过夜，待反应结束后，加入水淬灭反应，二氯甲烷萃取，再用饱和食盐水清洗，收集有机相，加入无水硫酸钠干燥后，减压除去有机溶剂，将所得固体分离提纯，真空干燥，得到4
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基苯偶酰；
[0011](2)将中间体4
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基苯偶酰和1，2，4，5
‑
四氨基苯盐酸盐溶解在乙醇中，加入醋酸，在氮气保护下回流过夜。待反应结束后，冷却至室温。旋干溶剂后，加水，用二氯甲烷萃取，再用饱和食盐水清洗，收集有机相，加入无水硫酸钠干燥后，减压除去有机溶剂，将所得固体分离提纯，真空干燥，得到一种以苯并二吡嗪为核有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA。
[0012]步骤(1)中草酰氯，N，N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)苯胺，三氯化铝的摩尔比为1∶2.4∶2.4，反应温度为0～30℃，反应时间为24～36h；
[0013]步骤(2)中，1，2，4，5
‑
四氨基苯盐酸盐、4
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基苯偶酰的摩尔比为1∶2～3，反应温度为80～100℃，反应时间为24～36h。
[0014]将本专利技术制得的以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA作为空穴传输层应用于钙钛矿太阳能电池，所述的钙钛矿太阳能电池由透明导电基底、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、和金属电极构成，具体制备步骤为：
[0015](1)将透明导电基底切割成固定尺寸，并进行刻蚀处理，将刻蚀好的导电基底分别
在不同溶剂中超声清洗，随后将其进行紫外臭氧处理；
[0016](2)在处理后的透明导电基底上，将电子传输材料的前驱体进行旋涂，然后进行退火处理，得到电子传输层；
[0017](3)将涂有电子传输层的导电基底移至手套箱中，通过旋涂法将钙钛矿前驱液旋涂到电子传输层上，形成钙钛矿吸收层；
[0018](4)通过溶液旋涂法将一种以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA制备空穴传输层；
[0019](5)通过真空蒸镀的方法将金属电极沉积到空穴传输层上。
[0020]所述透明导电基底为FTO导电玻璃、ITO导电玻璃或柔性基底中的一种；
[0021]所述的电子传输材料前驱体为纳米SnO2在水中的分散液，其质量百分比浓度为2％～5％；
[0022]所述钙钛矿前驱液的配置过程为：将碘化铯(CsI)、甲脒氢碘酸盐(NHCHNH3I)、溴化铅(PbBr2)和碘化铅(PbI2)以一定的摩尔比混合溶于二甲基亚砜中，在50℃下搅拌1～2小时，得到钙钛矿材料的前驱体溶液；
[0023]所述的空穴传输材料溶液是通过将100mg空穴传输材料溶解于1mL氯苯中配制而成的；
[0024]所述金属电极为金、银中的一种。
[0025]本专利技术具有以下优势：
[0026]本专利技术所设计的有机空穴传输材料采用苯并二吡嗪为核，合成路线简单，条件温和、稳定性好，可作为非掺杂有机空穴传输材料应用于平面钙钛矿太阳能电池。用本专利技术设计的以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料制备的平面钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率，良好的器件稳定性。本专利技术设计开发的一种以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA为基于平面钙钛矿太阳能电池的有机空穴传输材料提供了新的设计思路。
附图说明
[0027]图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料，其特征在于，具有式(I)的化学结构式：2.根据权利要求1所述的一种以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将三氯化铝加入到无水二氯甲烷中并在冰浴下持续搅拌，之后将4，4
’‑
二甲氧基三苯胺的二氯甲烷溶液滴加到混合液中，最后将草酰氯滴加到混合液中，反应过夜，待反应结束后，加入水淬灭反应，二氯甲烷萃取，再用饱和食盐水清洗，收集有机相，加入无水硫酸钠干燥后，减压除去有机溶剂，将所得固体分离提纯，真空干燥，得到4
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基苯偶酰；(2)将中间体4
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基苯偶酰和1，2，4，5
‑
四氨基苯盐酸盐溶解在乙醇中，加入醋酸，在氮气保护下回流过夜。待反应结束后，冷却至室温。旋干溶剂后，加水，用二氯甲烷萃取，再用饱和食盐水清洗，收集有机相，加入无水硫酸钠干燥后，减压除去有机溶剂，将所得固体分离提纯，真空干燥，得到一种以苯并二吡嗪为核有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA。3.根据权利要求2所述的一种以苯并二吡嗪为核的有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA的制备方法，其特征在于，所述合成方法中：步骤(1)中草酰氯，N，N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)苯胺，三氯化铝的摩尔比为1∶2.4∶2.4，反应温度为0～30℃，反应时间为24～36h。4.根据权利要求2所述的一种以苯并二吡嗪为核的芳胺类有机空穴传输材料PBP
‑
OMeTPA，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建，陈洪进，李小薇，高鹏，潘煜，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：