【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池，尤其涉及一种用于钙钛矿太阳能电池的含磷酸基团的空穴传输层材料及制备方法。
技术介绍
1、钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells，psc)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，其主要结构包括钙钛矿光电转换层和分别设置在光电转化层两侧的载流子传输层和电极层，使光电转换层在光照下产生的载流子通过载流子传输层向电极层迁移，并被电极层收集，产生电流。
2、其中，载流子传输层根据传输的载流子不同分为空穴传输层和电子传输层。其中空穴传输层(htl)是psc中用于提取钙钛矿光电转换层产生的光生空穴并将其传输到电极的膜层结构，因此空穴传输材料的能级需要与钙钛矿光电转换层以及电极的能级相匹配，以便高效提取并输送空穴，同时阻挡电子以抑制复合。在倒置结构的psc器件中，htl还可以作为钙钛矿薄膜的生长衬底，极大地影响着钙钛矿薄膜的质量，其中htl/钙钛矿界面的接触和能级匹配更是在很大程度上决定了psc的性能。目前的空穴传输层材料容易导致钙钛矿薄膜质量较差以及出现空穴传输层与钙钛矿光转换层分离的问题，为电池的长期稳定性埋下隐患。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池、以及用于空穴传输层的化合物及其制备方法，可以解决目前钙钛矿太阳能电池采用大分子聚合物作为空穴传输层的材料时，由于其结构复杂、疏水性、成膜性较小分子有机物更差，而导致的钙钛矿光电转换层质量较差、空穴传输层与钙钛矿光转换层分层等问题。
2、第一方面，本专利技术的实施例提供一种用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料，所述空穴传输层材料含有芳胺聚合物，所述芳胺聚合物为包括下式i所示的第一单元的单体聚合而成的聚合物或式i所示的第一单元的单体和下式iii所示的第二单元共聚而成的共聚物：
3、
4、其中，ar1、ar2、ar4、ar5、ar6分别独立的选自取代或不取代的芳香基、取代或不取代的杂芳基中的任一种；ar3选自取代或不取代的芳香基、取代或不取代的杂芳基的中任一种，且所述ar3含有膦酸基或膦酸酯基。
5、可选的，所述芳胺聚合物的重均分子量为2000～50000。
6、可选的，所述ar1、ar2、ar4、ar5、ar6独立地选自取代或不取代的苯基、联苯基、萘基、蒽基中的任一种；
7、所述ar3选自含有膦酸基或膦酸酯基且被其他基团取代或不取代的苯基、联苯基、萘基、蒽基中的任一种；其中，所述其他基团选自烷基、卤素、烷氧基中的一种或多种。
8、可选的，所述ar3选自下式中式ii：
9、
10、其中，r1、r2、r3独立的选自h、烷基中的任一种；i的取值范围为0～20的整数。
11、可选的，所述聚合物的结构式为下式中的任一种：
12、
13、其中，m的取值范围独立的选自1～1500的整数，x、y为两个独立的整数，0<x/(x+y)<1；r4、r5、r6独立地选自h、烷基中的任一种。
14、第二方面，本申请提供一种空穴传输层材料的制备方法，包括聚合工序，所述聚合工序为：利用含膦酸酯基的三芳胺在三氯化铁的聚合作用下发生聚合反应，得到如下式所述的空穴传输层材料：
15、
16、其中，m的取值范围为5～1500的整数。
17、可选的，所述三氯化铁的添加量以摩尔比计为1～8。
18、可选的，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、1,2二氯乙烷、四氯化碳中的至少一种。
19、可选的，所述聚合反应的反应温度为20～120℃，反应时间为8～72h。
20、第三方面，本申请提供一种空穴传输层材料的制备方法，包括聚合工序，所述聚合工序为：利用含磷酸酯基的卤代三芳胺和含膦酸酯基的三芳胺硼酸或含膦酸酯基的三芳胺硼脂通过suzuki反应得到如下式所述的空穴传输层材料：
21、
22、其中，m的取值范围为5～1500的整数。
23、第四方面，本申请提供一种包括聚合工序和水解工序，所述聚合工序包括：利用含膦酸酯基的胺在催化剂或引发剂的作用下发生聚合反应，得到含膦酸酯基的芳胺聚合物；其中，所述含膦酸酯基的胺选自含膦酸酯基的苯胺、含膦酸酯基的联苯胺中的任一种；
24、所述水解工序包括：将所述含膦酸酯基的芳胺聚合物在活化剂的作用下水解，得到如下所述的空穴传输层材料：
25、
26、其中，m的取值范围独立的选自5～1500的整数。
27、第五方面，本申请还提供一种空穴传输层材料的制备方法，包括聚合工序和封端工艺，所述聚合工序包括：利用含膦酸酯基的苯胺在催化剂的作用下发生聚合反应；
28、所述封端工序包括：将二苯胺、苯胺、三苯胺单硼酸酯、溴苯、氯苯加入发生了所述聚合反应的体系中，对聚合得到的含膦酸酯基的芳胺聚合物进行封端，得到如下所述的空穴传输层材料：
29、
30、其中，m的取值范围独立的选自5～1500的整数。
31、第六方面，本申请提供一种空穴传输层材料的制备方法，包括聚合工序和水解工序，所述聚合工序包括：利用含膦酸酯基的苯胺、烷基取代或不取代的苯胺与4-丁基三芳胺在催化剂或引发剂的作用下发生聚合反应；得到含膦酸酯基的芳胺与烷基取代或不取代的芳胺共聚的共聚物：
32、
33、其中，m的取值范围独立的选自1～1500的整数，x、y为两个独立的整数，0<x/(x+y)<1；r4、r5、r6独立地选自h、烷基中的任一种。
34、第七方面，本申请提供一种空穴传输层材料的制备方法，包括聚合工序，所述聚合工序为：利用含4-丁基的卤代三芳胺和含磷酸酯基的卤代三芳胺与含膦酸酯基的三芳胺硼酸或含膦酸酯基的三芳胺硼脂通过suzuki反应得到如下式所述的空穴传输层材料：
35、
36、其中，m的取值范围独立的选自1～1500的整数；x、y为两个独立的整数，0<x/(x+y)<1；r4、r5、r6独立地选自h、烷基中的任一种。
37、第八方面，本申请提供一种空穴传输层材料的制备方法，包括水解工序，所述水解工序为：将所述共聚物在活化剂的作用下水解，得到如下所示的空穴传输层材料：
38、
39、其中，m的取值范围独立的选自1～1500的整数；x、y为两个独立的整数，0<x/(x+y)<1；r4、r5、r6独立地选自h、烷基中的任一种。
40、第九方面，本申请提供一种钙钛矿太阳能电池，包括空穴传输层，所述空穴传输层的材料包括第一方面至第八方面任一项所提供的空穴传输层材料。
41、本申请提供一种用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料，有别于现有技术中采用有机小分子作为空穴传输层材料，采用具有共轭结构的单体聚合而成的高分子聚合物作为空穴传输层的材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料，其特征在于，所述空穴传输层材料含有芳胺聚合物，所述芳胺聚合物为包括下式I所示的第一单元的单体聚合而成的聚合物或式I所示的第一单元的单体和下式III所示的第二单元共聚而成的共聚物：
2.根据权利要求1所述的空穴传输层材料，其特征在于，所述芳胺聚合物的重均分子量为2000～50000。
3.根据权利要求1所述的空穴传输层材料，其特征在于，所述Ar1、Ar2、Ar4、Ar5、Ar6分别独立的选自取代或不取代的苯基、联苯基、萘基、蒽基中的任一种；
4.根据权利要求3所述的空穴传输层材料，其特征在于，所述Ar3选自下式中式II：
5.根据权利要求1所述的空穴传输层材料，其特征在于，所述三芳胺聚合物的结构式为下式中的任一种：
6.一种空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，包括聚合工序，所述聚合工序为：利用含膦酸酯基的三芳胺在三氯化铁的聚合作用下发生聚合反应，得到如下式所述的空穴传输层材料：
7.根据权利要求6所述的空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，所述所述三氯化铁的添加量
8.一种空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，包括聚合工序，所述聚合工序为：利用含磷酸酯基的卤代三芳胺和含膦酸酯基的三芳胺硼酸或含膦酸酯基的三芳胺硼脂通过Suzuki反应得到如下式所述的空穴传输层材料：
9.一种空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，包括聚合工序和水解工序，所述聚合工序包括：利用含膦酸酯基的胺在催化剂和/或引发剂的作用下发生聚合反应，得到含膦酸酯基的芳胺聚合物；其中，所述含膦酸酯基的胺选自含膦酸酯基的苯胺；
10.一种空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，包括聚合工序和封端工艺，所述聚合工序包括：利用含膦酸酯基的苯胺在催化剂的作用下发生聚合反应；
11.一种空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，包括聚合工序，所述聚合工序为：利用含膦酸酯基的苯胺、烷基取代或不取代的苯胺与4-丁基三芳胺在氯化铁的作用下发生聚合反应；得到含膦酸酯基的芳胺与烷基取代或不取代的芳胺共聚的共聚物，得到如下式所示的空穴传输层材料：
12.一种空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，包括聚合工序，所述聚合工序为：利用含4-丁基的卤代三芳胺和含磷酸酯基的卤代三芳胺与含膦酸酯基的三芳胺硼酸或含膦酸酯基的三芳胺硼脂通过Suzuki反应得到如下式所述的空穴传输层材料：
13.一种空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，包括水解工序，所述水解工序为：将所述共聚物在活化剂的作用下水解，得到如下所示的空穴传输层材料：
14.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括空穴传输层，所述空穴传输层的材料包括权利要求1～5任一项所述的空穴传输层材料或者权利要求6～13任一项所述的制备方法制备得到的空穴传输层材料。
...【技术特征摘要】
1.一种用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料，其特征在于，所述空穴传输层材料含有芳胺聚合物，所述芳胺聚合物为包括下式i所示的第一单元的单体聚合而成的聚合物或式i所示的第一单元的单体和下式iii所示的第二单元共聚而成的共聚物：
2.根据权利要求1所述的空穴传输层材料，其特征在于，所述芳胺聚合物的重均分子量为2000～50000。
3.根据权利要求1所述的空穴传输层材料，其特征在于，所述ar1、ar2、ar4、ar5、ar6分别独立的选自取代或不取代的苯基、联苯基、萘基、蒽基中的任一种；
4.根据权利要求3所述的空穴传输层材料，其特征在于，所述ar3选自下式中式ii：
5.根据权利要求1所述的空穴传输层材料，其特征在于，所述三芳胺聚合物的结构式为下式中的任一种：
6.一种空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，包括聚合工序，所述聚合工序为：利用含膦酸酯基的三芳胺在三氯化铁的聚合作用下发生聚合反应，得到如下式所述的空穴传输层材料：
7.根据权利要求6所述的空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，所述所述三氯化铁的添加量以摩尔比计为1～8；和/或
8.一种空穴传输层材料的制备方法，其特征在于，包括聚合工序，所述聚合工序为：利用含磷酸酯基的卤代三芳胺和含膦酸酯基的三芳胺硼酸或含膦酸酯基的三芳胺硼脂通过suzuki反应得到如下式所述的空穴传输层材料：
【专利技术属性】
技术研发人员：王树森，苏阔，吴颐良，孙于超，
申请(专利权)人：北京曜能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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