呵啰类化合物及其制备方法和应用、太阳能电池技术

本申请涉及有机功能材料技术领域，尤其涉及一种呵啰类化合物及其制备方法和应用、太阳能电池。呵啰类化合物的分子结构通式如式I所示：其中，R1和R2分别独立选自氢原子、C1‑

【技术实现步骤摘要】
呵啰类化合物及其制备方法和应用、太阳能电池


[0001]本申请属于有机功能材料
，尤其涉及一种呵啰类化合物及其制备方法和应用、太阳能电池。

技术介绍

[0002]随着化石能源带来地球环境污染问题以及化石能源越来越枯竭，国内外都在积极研发清洁可再生的替代能源，如太阳能、水能和风能等。太阳能电池是指利用光伏效应产生电流和电压的电池，其通过吸收太阳光能产生电子和空穴，进而在闭合电路中产生电流，因太阳能电池直接将太阳能转换为电能，而太阳光能随处可得、清洁无污染、低成本，这一技术日益得到重视。
[0003]目前，基于单晶硅(Si)的n
‑
p二极管型太阳能电池，其光伏转换效率高于20％，并已实际用于太阳能发电。而基于砷化镓(GaAs)类半导体的太阳能电池，其转换效率甚至高于基于单晶硅(Si)的n
‑
p二极管型的太阳能电池。然而，这些基于无机半导体的太阳能电池需要非常高纯度的材料才能实现高效率，而在纯化原材料时会消耗大量的能量，且在制造原材料晶体的过程中及晶体减薄过程中都需要昂贵的加工设备，使降低太阳能电池的制造成本存在很大困难，进而阻碍了太阳能电池的大规模使用。
[0004]为了降低太阳能电池的制造成本，需要大幅降低太阳能电池的核心材料的成本、简化太阳能电池的制造工艺。在各种可能替代无机半导体的太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池(PSC)目前最受重视，有机
‑
无机卤化铅钙钛矿太阳能电池很有希望替代无机太阳能电池，因为其功率转换效率(PCE)已从过去几年的3.8％提高到目前的25.7％。这一发展速度远远快于有机光伏(OPV)、染料敏化太阳能电池(DSSC)和其他光伏电池，原因在于PSC除了具有高效率外，更容易制造且成本低。
[0005]空穴传输层和电子传输层在改善PSC器件性能方面起着至关重要的作用。空穴传输材料(HTM)不仅从钙钛矿活性层中提取和收集光生空穴，而且还充当电子阻挡层，以避免电荷复合。2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴(简称Spiro
‑
OMeTAD)和聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(简称PEDOT:PSS)是目前使用较广泛的n
–
i
–
p型PSC的空穴传输材料，然而这两种材料对热、光以及化学性质不稳定，且迁移率较低、成本高；例如，Spiro
‑
OMeTAD电导率低，需要锂盐掺杂，这会显著降低PSC器件稳定性。此外，Spiro
‑
OMeTAD合成路线步骤多、纯化程序复杂、器件重复性不佳。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种呵啰类化合物及其制备方法和应用、太阳能电池，旨在解决如何提供更多空穴传输材料的技术问题。
[0007]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0008]第一方面，本申请提供一种呵啰类化合物，呵啰类化合物的分子结构通式如式I所示：
[0009][0010]其中，R1和R2分别独立选自氢原子、C1‑
C
24
烷基、C1‑
C
24
烷氧基、C2‑
C
24
烷氧烷基、C2‑
C
24
烷硫烷基、苯基、苯氧基、取代苯基、取代苯氧基中的任意一种；L1选自氢原子或羟基，L2选自氢原子或羟基。
[0011]第二方面，本申请提供一种呵啰类化合物的制备方法，包括如下步骤：
[0012]将4
‑
R1‑5‑
R2‑
邻苯二甲腈和金属锂混合进行第一反应，得到式II所示的中间体；
[0013]将式II所示的中间体和三溴化磷混合进行第二反应，得到式I所示呵啰类化合物；
[0014][0015]第三方面，本申请提供上述呵啰类化合物和/或上述制备方法制备得到的呵啰类化合物作为空穴传输材料的应用。
[0016]第四方面，本申请提供一种太阳能电池，包括相对设置的正极和负极，以及位于正极和负极之间的半导体层，半导体层与正极之间设置有空穴传输层，空穴传输层的材料为本申请的呵啰类化合物和/或本申请的制备方法制备得到的呵啰类化合物。
[0017]本申请第一方面提供的呵啰类化合物，具有特有的核心化学结构，通过R1和R2的多种基团取代，从而形成多种呵啰类化合物。该I所示的呵啰类化合物分子结构不仅具有光、热稳定的特点，而且具有很好的空穴传输性能，因此本申请的呵啰类化合物可以作为空穴传输材料用于太阳能电池中，使太阳能电池具有很好的光电转换效率，因而具有很好的应用前景。
[0018]本申请第二方面提供的呵啰类化合物的制备方法，先将4
‑
R1‑5‑
R2‑
邻苯二甲腈和金属锂混合进行反应得到式II所示的中间体，然后将中间体和三溴化磷混合进行反应得到式I所示呵啰类化合物；这样的制备方法工艺简单，而且得到的呵啰类化合物不仅具有光、
热稳定的特点，而且具有很好的空穴传输性能，应用前景广阔。
[0019]本申请第三方面提供的应用，基于I所示的呵啰类化合物分子结构不仅具有光、热稳定的特点，而且具有很好的空穴传输性能，因此这样特有的呵啰类化合物和/或对应的制备方法制备得到的呵啰类化合物可以作为空穴传输材料。
[0020]本申请第四方面提供的太阳能电池，其中空穴传输层的材料为本申请特有的呵啰类化合物和/或本申请的制备方法制备得到的呵啰类化合物，因此本申请的太阳能电池具有很好的光电转换效率。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本申请实施例1中化合物POTBC(Eu)4的电喷雾质谱法测试的图谱；
[0023]图2为本申请实施例1中化合物POTBC(Eu)4的1H核磁共振波谱法测试的图谱；
[0024]图3为本申请实施例1中化合物POTBC(Eu)4的
31
P核磁共振波谱法测试的图谱；
[0025]图4为本申请实施例1中化合物POTBC(Eu)4的紫外可见吸收光谱；
[0026]图5为本申请实施例2提供的钙钛矿太阳能电池的SEM图；
[0027]图6为本申请实施例2提供的钙钛矿太阳能电池的J
‑
V曲线。
具体实施方式
[0028]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请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仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种呵啰类化合物，其特征在于，所述呵啰类化合物的分子结构通式如式I所示：其中，R1和R2分别独立选自氢原子、C1‑
C
24
烷基、C1‑
C
24
烷氧基、C2‑
C
24
烷氧烷基、C2‑
C
24
烷硫烷基、苯基、苯氧基、取代苯基、取代苯氧基中的任意一种；L1选自氢原子或羟基，L2选自氢原子或羟基。2.如权利要求1所述的呵啰类化合物，其特征在于，当R1或R2选自取代苯基时，所述取代苯基中的取代基选自卤原子、C1‑
C
10
烷基、C1‑
C
10
烷氧基、C3‑
C
10
环烷基、C2‑
C
10
烯基中的至少一种。3.如权利要求1所述的呵啰类化合物，其特征在于，当R1或R2选自取代苯氧基时，所述取代苯氧基中的取代基选自卤原子、C1‑
C
10
烷基、C1‑
C
10
烷氧基、C3‑
C
10
环烷基、C2‑
C
10
烯基中的至少一种。4.如权利要求1所述的呵啰类化合物，其特征在于，R1选自4
‑
烯丙基
‑2‑
甲氧基苯氧基，R2选自氢原子；或者，R1选自丁氧基，R2选自丁氧基；或者，R1选自丁基，R2选自丁基。...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐保民，张先付，刘畅，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：