一种用于太阳能电池的化合物、其制备方法和其应用技术

本发明专利技术适用于太阳能电池领域，提供了一种用于太阳能电池的化合物、其制备方法和其应用。所述化合物具有通式(I)根据本发明专利技术的化合物以三苯胺为母核，在各个活性位点引入功能基团，并由此衍生出一系列的具有自组装功能的三苯胺型SAM材料。这样的SAM材料具有良好的空穴传输能力、自铺展和锚定能力，可广泛应用于修饰太阳能电池的透明导电层和光吸收层，以有效提升太阳能电池各层界面处的电荷传输并钝化各层表面的空位缺陷。各层表面的空位缺陷。各层表面的空位缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳能电池的化合物、其制备方法和其应用


[0001]本专利技术属于太阳能电池领域，尤其涉及一种用于太阳能电池的化合物、其制备方法和其应用。

技术介绍

[0002]随着对未来能源供应的担忧不断增加，人们对太阳能的兴趣也在增加。钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells，PSCs)由于其带隙可调、光吸收系数高、载流子寿命长及扩散长度长、缺陷容忍度较高、以及低成本的低温液相制备方法等优异的光电特性而受到广泛的关注，很有希望成为下一代的新型光伏材料。
[0003]然而，PSCs的效率和稳定性对于其商业化应用仍然是一个重要问题。目前作为钙钛矿太阳电池空穴传输层(hole transport layer，HTL)的材料主要为有机材料和金属氧化物。然而，目前的PSCs存在如下问题：基底透明导电层(transparent conductive oxide,TCO)的浸润性差、HTL材料的表面粗糙度大、HTL材料的稳定性差、HTL与钙钛矿活性层之间的能级势垒高、钙钛矿材料与空穴材料之间的界面反应等。这些问题都会影响钙钛矿太阳能电池器件的效率和长期稳定性。目前，很多研究工作致力于开发自组装单分子层(Self
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assembled monolayer，SAM)来修饰TCO层或HTL，SAM的主要的作用包括：1)提高基底TCO的浸润性，使钙钛矿前驱体溶液可以有效铺展，从而制备高质量的钙钛矿薄膜；2)修饰界面处的能级匹配度，实现高效的电荷分离和传输，提高器件效率；3)钝化界面处的离子，提高器件稳定性。
[0004]由于有机HTL固有的不稳定性，无机HTL得到了广泛的研究，与有机层相比，无机HTL具有更好的稳定性。例如，在众多的金属氧化物中，Cu2O是一种具有优异的空穴迁移率和合适的最大价带的理想材料。有文章报道了制备基于Cu2O的HTL的p
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i
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n型PSCs(J.Phys.Chem.C 2016，，120，1428
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1437；Small 2015,11，5528
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5532.)，虽然这些器件结构中的HTL比较稳定，但是，由于Cu2O薄膜表面的粗糙度较大，以及HTL与钙钛矿活性层之间存在能级势垒差，导致较大的界面复合，从而影响器件效率的提升。
[0005]此外，现有技术中报道过以PTAA(a)/2PACz(b)(结构如下)作为SAM材料，用于修饰有机太阳能电池的ITO层与钙钛矿活性层的界面或HTL与钙钛矿活性层的界面(CCS Chem.2022,Chemical Linkage and Passivation at Buried Interface for Thermally Stable Inverted Perovskite Solar Cells with Efficiency over 22％)。然而，现有技术中的SAM材料还是不能满足光伏产业中对光电转化率和稳定性的需求。此外，现有技术中的SAM材料2PACz的功能基团为
磷酸基团，但是磷酸基团具有酸性，对透明导电层具有腐蚀性。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供一种用于修饰太阳能电池的化合物，旨在解决太阳能电池中TCO层或HTL与光吸收层之间能级势垒差而导致的光电转化率低的问题。
[0007]本专利技术实施例是这样实现的，一种化合物，具有通式(I)：
[0008][0009]其中，R1选自具有1至10个碳原子的烷基、具有1至10个碳原子的烯烃或包括1至3个选自S、N或O杂原子的具有1至10个碳原子的烷基；
[0010]R2选自氢或具有1至10个碳原子的烷基；
[0011]R3选自
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COOH、
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COOR4、
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CONHR4、
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CON(R4)2、
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SOOH、
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SO2OH、
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SONHR4、
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SON(R4)2、
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SO2NHR4或
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SO2N(R4)2；
[0012]R4选自具有1至10个碳原子的烷基。
[0013]更进一步地，R1选自具有1至6个碳原子的烷基或包括1至3个选自S、N或O杂原子的具有1至6个碳原子的烷基；
[0014]R2选自氢或具有1至5个碳原子的烷基；且
[0015]R4选自具有1至5个碳原子的烷基。
[0016]更进一步地，R1选自具有1至3个碳原子的直链烷基或包括1个选自S、N或O杂原子的具有1至3个碳原子的烷基。
[0017]更进一步地，R2选自氢或具有2至4个碳原子的直链烷基。
[0018]更进一步地，R4选自具有2至4个碳原子的直链烷基。
[0019]本专利技术实施例还提供了一种化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0020]化合物D1和D2通过亲核反应生成化合物M1；
[0021]所述化合物M与溴代试剂反应生成化合物M2
[0022][0023]所述化合物M2通过取代反应生成化合物M3
[0024]所述化合物M3通过取代反应生成具有通式(I)的化合物
[0025]更进一步地，所述化合物D1和所述化合物D2在钯催化剂的作用下，在30℃至70℃的条件下反应5h至15h，生成所述化合物M1。
[0026]更进一步地，所述化合物M1与N
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溴代丁二酰亚胺在
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20℃至20℃的条件下反应2h至10h，生成所述化合物M2。
[0027]更进一步地，所述化合物M2与亚磷酸酯在100℃至200℃的条件下反应2h至20h，生成所述化合物M3。
[0028]更进一步地，所述化合物M3在钯催化剂的作用下，在80℃至150℃的条件下反应8h至20h，生成具有通式(I)的所述化合物。
[0029]本专利技术实施例还提供了具有通式(I)的所述化合物的应用，所述化合物用于制备太阳能电池。
[0030]更进一步地，所述太阳能电池包括透明导电层和光吸收层和/或空穴传输层，具有通式(I)的所述化合物作为SAM材料用于修饰所述透明导电层、所述空穴传输层和所述光吸收层中的一个或多个。
[0031]更进一步地，所述空穴传输层由NiO
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、TiO2、Nb2O5、CuSCN、CuI、V2O5或Cu2O制成。
[0032]更进一步地，所述透明导电层由ITO、FTO、IZO、AZO、ATO、IWO、IWO或ICO制成。
[0033]更进一步地，所述光吸收层由金属氧化物、钙钛矿材料或有机吸光材料制成。
[0034]更进一步地，所述金属氧化物为氧化亚铜。
[0035]更进一步地，所述钙钛矿材料的分子结构通式为ABX3，其中，A选自甲胺离子、甲脒离子、苯乙胺离子、1
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萘甲基胺离子和铯离子中的一个或多个；B选自Pb本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳能电池的化合物，其特征在于，具有通式(I)：其中，R1选自具有1至10个碳原子的烷基、具有1至10个碳原子的烯烃或包括1至3个选自S、N或O杂原子的具有1至10个碳原子的烷基；R2选自氢或具有1至10个碳原子的烷基；R3选自
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COOH、
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COOR4、
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CONHR4、
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CON(R4)2、
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SOOH、
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SO2OH、
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SONHR4、
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SON(R4)2、
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SO2NHR4或
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SO2N(R4)2；R4选自具有1至10个碳原子的烷基。2.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，R1选自具有1至6个碳原子的烷基或包括1至3个选自S、N或O杂原子的具有1至6个碳原子的烷基；R2选自氢或具有1至5个碳原子的烷基；且R4选自具有1至5个碳原子的烷基。3.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，R1选自具有1至3个碳原子的直链烷基或包括1个选自S、N或O杂原子的具有1至3个碳原子的烷基。4.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，R2选自氢或具有2至4个碳原子的直链烷基。5.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，R4选自具有2至4个碳原子的直链烷基。6.一种化合物的制备方法，用于制备如权利要求1至5中任一项所述的化合物，其特征在于，包括以下步骤：化合物D1和D2通过亲核反应生成化合物M1；
所述化合物M1与溴代试剂反应生成化合物M2所述化合物M2通过取代反应生成化合物M3所述化合物M3通过取代反应生成具有通式(I)的化合物7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述化合物D1和所述化合物D2在钯催化剂的作用下，在30℃至70℃的条件下反应5h至15h，生成所述化合物M1。8.如权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴涛，宗贝贝，王宏涛，王皓正，牛闯，邱开富，王永谦，陈刚，
申请(专利权)人：珠海富山爱旭太阳能科技有限公司天津爱旭太阳能科技有限公司广东爱旭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：