【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光伏，特别是涉及一种吲哚类化合物及其制备方法与应用。
技术介绍
1、钙钛矿太阳能电池作为第三代光伏电池，其理论光电转换效率高达31%，目前的最高光电效率已经突破了26.1%。然而，钙钛矿太阳电池目前仍存在稳定性差、大面积制备困难等问题，导致其商业化发展远不及传统晶硅电池。
2、在钙钛矿太阳能电池中，通常在钙钛矿光吸收层的一侧设置空穴传输层，起到空穴的提取、输运以及电子的阻挡等重要作用。然而，传统的空穴传输材料存在稳定性不足和与基底的浸润性较差的问题。
技术实现思路
1、基于此，有必要提供一种吲哚类化合物及其制备方法与应用，以解决传统的空穴传输材料存在稳定性不足和与基底的浸润性较差的问题。
2、本专利技术的方案如下：
3、一种吲哚类化合物，具有通式（1）或通式（2）所示的分子结构：
4、 （1）、
5、 （2），
6、其中，各r1选自氢原子、卤素原子、氰基、c1~c6烷氧基、c1~c10烷基中的一种；
7、各r2选自取代或非取代的芳基、取代或非取代的杂芳基中的一种。
8、在其中一个实施例中，各r2中，所述芳基的环原子数为6~30个。
9、在其中一个实施例中，各r2中，所述芳基为苯、联苯、萘、蒽、菲、芘、二萘嵌苯以及三亚苯中的一种。
10、在其中一个实施例中，各r2选自以下基团中的一种：
11、，
12、其中，各r3选自氢
13、*代表结合点位。
14、在其中一个实施例中，各r2中，所述杂芳基的环原子数为5~30个；和/或
15、所述杂芳基含有o、s中的至少一种杂原子。
16、在其中一个实施例中，各r2中，所述杂芳基为呋喃、苯并呋喃、噻吩、苯并噻吩、噻吩并噻吩、呋喃并吡咯、呋喃并呋喃、噻吩并呋喃中的一种。
17、在其中一个实施例中，各r2选自以下基团中的一种：
18、，
19、其中，各r4选自氢原子、卤素原子、氰基、c1~c6烷氧基、c1~c10烷基中的一种；
20、*代表结合点位。
21、一种所述的吲哚类化合物的制备方法，包括以下步骤：
22、步骤s1，取化合物a、化合物b及第一催化剂在第一溶剂中进行反应，制备得到中间体c；
23、步骤s2，取中间体c、氰甲基磷酸二乙酯及第二催化剂在第二溶剂中进行反应，制备得到中间体d；
24、步骤s3，取中间体d及三甲基溴硅烷在第三溶剂中进行反应，反应产物旋干后向加入甲醇，再滴加水至反应液呈白色悬浊液，继续反应得到通式（1）所示的吲哚类化合物；
25、或者，步骤s4，取中间体c、氰基乙酸及第三催化剂在第四溶剂中进行反应，制备得到通式（2）所示的吲哚类化合物；
26、其中，所述化合物a的分子结构如通式（3）所示：
27、 （3），
28、通式（3）中，r1选自氢原子、卤素原子、氰基、c1~c6烷氧基、c1~c10烷基中的一种；
29、所述化合物b的分子结构如通式（4）所示：
30、 （4），
31、通式（4）中，r2选自取代或非取代的芳基、取代或非取代的杂芳基中的一种；
32、所述中间体c的分子结构如通式（5）所示：
33、 （5）；
34、所述中间体d的分子结构如通式（6）所示：
35、 （6）。
36、在其中一个实施例中，在步骤s1中，所述第一催化剂包括碘化亚铜和碳酸钾，所述化合物a、所述化合物b、碘化亚铜和碳酸钾的摩尔比为1∶(2~3）∶（1.5~2）∶（3~4）；
37、在其中一个实施例中，在步骤s1中，反应温度为100℃~110℃，反应的时间为16-24小时。
38、在其中一个实施例中，在步骤s2中，所述第二催化剂为哌啶；
39、在其中一个实施例中，在步骤s2中，所述中间体c与氰甲基磷酸二乙酯的摩尔比为1∶（2~2.5）；
40、在其中一个实施例中，在步骤s2中，反应的温度为90-100℃，反应的时间为16-24小时。
41、在其中一个实施例中，在步骤s3中，中间体d与三甲基溴硅烷的摩尔比为1∶（2~3）；
42、在其中一个实施例中，在步骤s3中，反应的温度为25-40℃，反应的时间为12-16小时。
43、在其中一个实施例中，在步骤s4中，第三催化剂为哌啶；
44、在其中一个实施例中，在步骤s4中，所述中间体c与氰基乙酸的摩尔比为1∶（1.1~2）；
45、在其中一个实施例中，在步骤s4中，反应的温度为70-80℃，反应的时间为12-16小时。
46、上述任一实施例所述的吲哚类化合物作为空穴传输材料的应用。
47、一种太阳能电池，包括依次层叠设置的基底、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层以及电极层，所述空穴传输层包含上述任一实施例所述的吲哚类化合物。
48、在其中一个实施例中，所述钙钛矿光吸收层包含钙钛矿材料abx3；其中，a包括铯离子、铷离子、钾离子、甲胺离子、甲脒离子、亚甲二胺离子、苄脒阳离子以及胍阳离子中的一种或者多种；b包括铅离子、铜离子、锌离子、镓离子、锡离子以及钙离子中的一种或者多种；x包括氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、硫氰酸根离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子、甲酸根离子及乙酸根离子中的一种或者多种。
49、所述电子传输层的材料包括氧化锌、氧化锡、二氧化钛、钛酸锶、锡酸锌、二氧化锆、氧化铝、三氧化钨、铯氧化物、硫化镉、硒化镉、锡酸钡、五氧化二铌、富勒烯及富勒烯衍生物中的一种或者多种。
50、与传统方案相比，上述吲哚类化合物具有以下有益效果：
51、上述吲哚类化合物采用吲哚单元作为母核，具有优良的空穴传输能力，通过将芳基或杂芳基与吲哚单元连接构建刚性骨架，优化了化合物的能级结构，实现与钙钛矿材料良好的能级匹配，提高对空穴的提取性能，并且提高了化合物的偶极矩，有利于内建电场的形成，进而提升光电转化效率。通过将氰基膦酸基或氰基羧酸基与吲哚单元连接，使得化合物能够与钙钛矿材料形成较强的作用力，改善其与钙钛矿材料浸润性，改善成膜均匀性，有利于实现大面积钙钛矿太阳能电池的制备，并且增强了钙钛矿光吸收层和空穴传输层之间的界面稳定性，提高电池工作的稳定性。
52、当r1选自卤素原子、氰基、c1~c6烷氧基、c1~c10烷基时，能够改善其与钙钛矿材料的浸润性，改善成膜均匀性，有利于实现大面积钙钛矿太阳能电池的制备。
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1.一种吲哚类化合物，其特征在于，具有通式（1）或通式（2）所示的分子结构：
2.如权利要求1所述的吲哚类化合物，其特征在于，各R2中，所述芳基的环原子数为6~30个。
3.如权利要求2所述的吲哚类化合物，其特征在于，各R2中，所述芳基为苯、联苯、萘、蒽、菲、芘、二萘嵌苯以及三亚苯中的一种。
4.如权利要求2所述的吲哚类化合物，其特征在于，各R2选自以下基团中的一种：
5.如权利要求1所述的吲哚类化合物，其特征在于，各R2中，所述杂芳基的环原子数为5~30个；和/或
6.如权利要求5所述的吲哚类化合物，其特征在于，各R2中，所述杂芳基为呋喃、苯并呋喃、噻吩、苯并噻吩、噻吩并噻吩、呋喃并吡咯、呋喃并呋喃、噻吩并呋喃中的一种。
7.如权利要求5所述的吲哚类化合物，其特征在于，各R2选自以下基团中的一种：
8.一种权利要求1~7中任一项所述的吲哚类化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法符合以下特征（1）~（2）中的至少一项：p>
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法符合以下特征（1）~（3）中的至少一项：
11.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法符合以下特征（1）~（2）中的至少一项：
12.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法符合以下特征（1）~（3）中的至少一项：
13.如权利要求1~7中任一项所述的吲哚类化合物作为空穴传输材料的应用。
14.一种太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的基底、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层以及电极层，所述空穴传输层包含权利要求1~7中任一项所述的吲哚类化合物。
15.如权利要求14所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池符合以下特征（1）~（2）中的至少一项：
...【技术特征摘要】
1.一种吲哚类化合物，其特征在于，具有通式（1）或通式（2）所示的分子结构：
2.如权利要求1所述的吲哚类化合物，其特征在于，各r2中，所述芳基的环原子数为6~30个。
3.如权利要求2所述的吲哚类化合物，其特征在于，各r2中，所述芳基为苯、联苯、萘、蒽、菲、芘、二萘嵌苯以及三亚苯中的一种。
4.如权利要求2所述的吲哚类化合物，其特征在于，各r2选自以下基团中的一种：
5.如权利要求1所述的吲哚类化合物，其特征在于，各r2中，所述杂芳基的环原子数为5~30个；和/或
6.如权利要求5所述的吲哚类化合物，其特征在于，各r2中，所述杂芳基为呋喃、苯并呋喃、噻吩、苯并噻吩、噻吩并噻吩、呋喃并吡咯、呋喃并呋喃、噻吩并呋喃中的一种。
7.如权利要求5所述的吲哚类化合物，其特征在于，各r2选自以下基团中的一种：
8.一种权利要求1~7中任一项所述的吲哚类化合物的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：应昕彤，李兆宁，曾海鹏，樊慧柯，杨玉雯，
申请(专利权)人：天合光能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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