【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池，更具体地说，是涉及一种多功能自组装单分子及其制备方法和应用。
技术介绍
1、钙钛矿太阳电池因其较高的光吸收系数、长载流子寿命和高缺陷容忍度等优异的光电特性，得到了广泛的关注。自2009年面世以来，钙钛矿太阳电池从最开始的3.8％能量转换效率(pce)提升至当前认证的26.1％的能量转换效率，已经非常接近晶体硅太阳电池26.81％的效率记录；加之可溶液法制备的优势，使其在效率和成本上显示出广阔的产业化前景。
2、近些年，随着钙钛矿产业化进程的不断推进，p-i-n型平面异质结钙钛矿太阳电池因结构简单并且兼容大面积生产工艺而受到了广泛的关注。在已报道的应用于反式p-i-n结构的空穴传输层中，p型无机半导体中的氧化镍以成本低廉、透光率高、化学性质稳定且容易大面积制备的优点，受到了格外的青睐。然而，niox也具有严重的缺点，包括低本征电导率、高缺陷密度、与钙钛矿界面能级不匹配以及与钙钛矿前驱体发生反应等。即使钙钛矿材料本身对缺陷容忍性比较高，但是未处理过的niox薄膜与钙钛矿界面处存在的大量缺陷和深势阱会引起高度的非辐射复合，从而限制了niox基钙钛矿太阳能电池的光伏性能。引入界面层进行修饰和改性是优化niox基钙钛矿太阳电池光伏性能的主要手段之一。
3、目前，自组装材料(sam)引起了人们的广泛关注，其优点在于可以根据基底来精心设计多种组合的头基和末端基团以实现不同的功能，sam用于充当pscs中的界面改性剂已经被证明是一种简单有效的策略；其中具有锚定基(醋酸基、硼酸基、巯基、膦酸
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种多功能自组装单分子及其制备方法和应用，本专利技术提供的多功能自组装单分子，含有的锚定基能够锚定在niox薄膜表面上形成强而稳定的共价键，实现选择性接触以减轻界面复合并促进电荷转移；同时咔唑基能进一步提高niox薄膜的空穴传输能力；另外分子中含有的含氟苯基被暴露出来也可以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性；并且，基于该多功能有机自组装单分子制备的钙钛矿太阳能电池的性能优异。
2、本专利技术提供了一种多功能自组装单分子，具有式ⅰ所示结构：
3、
4、其中，r为n为1～10的整数。
5、优选的，具有以下具体结构：
6、
7、
8、优选的，n＝2、3或4。
9、本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的多功能自组装单分子的制备方法，包括以下步骤：
10、a)将3-碘-9h-咔唑、四丁基溴化铵与两端为br基团的烷基链分子在koh和水存在的条件下发生烷基化反应，得到具有式iⅰ所示结构的物质；
11、
12、b)将步骤a)得到的具有式iⅰ所示结构的物质进行r取代反应，得到具有式ⅰ所示结构的多功能自组装单分子。
13、优选的，步骤a)中所述3-碘-9h-咔唑与两端为br基团的烷基链分子的摩尔比为1：(10～20)；所述氢氧化钾与3-碘-9h-咔唑的摩尔比为(2～8)：1；
14、所述烷基化反应的温度为70℃～90℃，时间为5h～12h。
15、优选的，步骤b)中所述r取代反应的过程具体为：
16、将步骤a)得到的具有式iⅰ所示结构的物质先与亚磷酸三乙酯进行反应，再与五氟苯硼酸反应，最后与溴三甲基硅烷进行反应，得到含膦酸根的自组装单分子
17、或，
18、将步骤a)得到的具有式iⅰ所示结构的物质先与cuscn进行反应，再与浓硫酸进行反应，最后与五氟苯硼酸进行反应，得到含羧基的自组装单分子
19、
20、或，
21、将步骤a)得到的具有式iⅰ所示结构的物质与nahs进行反应，再与五氟苯硼酸进行反应，得到含巯基的自组装单分子
22、或，
23、将步骤a)得到的具有式iⅰ所示结构的物质先与硼酸三异丙酯进行反应，再与甲基硼酸进行反应，最后与五氟苯硼酸进行反应，得到含硼酸根的自组装单分子
24、本专利技术还提供了一种多功能自组装单分子在制备钙钛矿太阳能电池中的应用，所述多功能自组装单分子为上述技术方案所述的多功能自组装单分子。
25、优选的，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
26、步骤1、制备钙钛矿前驱体溶液；
27、步骤2、将基底退火，其中所述基底含空穴传输层；
28、步骤3、将含有多功能自组装单分子的前驱体溶液涂覆于步骤2退火后的基底上并加热退火，以生成自组装单分子层，之后旋涂前驱体溶剂从而清洗去除多余的未与空穴传输层共价键合的sam材料；
29、步骤4、将步骤1制备的钙钛矿前驱体溶液涂覆于上述自组装单分子层并加热，以生成钙钛矿薄膜；
30、步骤5、在所述钙钛矿薄膜上形成电子传输层；
31、步骤6、在所述电子传输层上形成电极层，得到钙钛矿太阳能电池。
32、优选的，所述钙钛矿前驱体溶液中的钙钛矿材料的通式为abx3，其中a为ch3nh3+、ch(nh2)2+、cs+和rb+中的一种或多种，b为pb2+、sn2+和ge2+中的一种或多种，x为cl-、br-和i-中的一种或多种；
33、所述钙钛矿前驱体溶液的溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、二甲基乙酰胺、n,n-二甲基丙烯基脲、乙腈和2-巯基乙醇中的一种或多种；
34、所述空穴传输层为niox；
35、所述含有多功能自组装单分子的前驱体溶液的溶剂为异丙醇，摩尔浓度为1mm～5mm；
36、所述电子传输层为n型无机半导体或n型有机半导体；
37、所述背电极的材料为au、ag或低温碳电极。
38、优选的，所述钙钛矿薄膜的厚度为200nm～900nm。
39、本专利技术提供了一种多功能自组装单分子及其制备方法和应用；所述多功能自组装单分子具有式ⅰ所示结构：
40、
41、其中，r为n为1～10的整数。
42、与现有技术相比，本专利技术提供的多功能自组装单分子，含有的锚定基能够锚定在niox薄膜表面上形成强而稳定的共价键，实现选择性接触以减轻界面复合并促进电荷转移；同时咔唑基能进一步提高niox薄膜的空穴传输能力；另外分子中含有的含氟苯基被暴露出来也可以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性；并且，基于该多功能有机自组装单分子制备的钙钛矿太阳能电池的性能优异。
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1.一种多功能自组装单分子，其特征在于，具有式Ⅰ所示结构：
2.根据权利要求1所述的多功能自组装单分子，其特征在于，具有以下具体结构：
3.根据权利要求1所述的多功能自组装单分子，其特征在于，n＝2、3或4。
4.一种权利要求1～3任一项所述的多功能自组装单分子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述3-碘-9H-咔唑与两端为Br基团的烷基链分子的摩尔比为1：(10～20)；所述氢氧化钾与3-碘-9H-咔唑的摩尔比为(2～8)：1；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述R取代反应的过程具体为：
7.一种多功能自组装单分子在制备钙钛矿太阳能电池中的应用，其特征在于，所述多功能自组装单分子为权利要求1～3任一项所述的多功能自组装单分子。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液中的钙钛矿材料的通式为
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的厚度为200nm～900nm。
...【技术特征摘要】
1.一种多功能自组装单分子，其特征在于，具有式ⅰ所示结构：
2.根据权利要求1所述的多功能自组装单分子，其特征在于，具有以下具体结构：
3.根据权利要求1所述的多功能自组装单分子，其特征在于，n＝2、3或4。
4.一种权利要求1～3任一项所述的多功能自组装单分子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述3-碘-9h-咔唑与两端为br基团的烷基链分子的摩尔比为1：(10～20)；所述氢氧化钾与3-碘-9h-咔唑的摩尔比为(2～8)：1；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述r取代反应的过程具...
【专利技术属性】
技术研发人员：王艳敏，李子佳，王文松，王清清，蔡永梅，余浩，
申请(专利权)人：正泰新能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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