吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料及其应用制造技术

技术编号：44283369 阅读：1 留言：0更新日期：2025-02-14 22:20

本发明专利技术公开了一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料及其应用，其中，吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料的结构通式如下：其中，R为n为1～5。公开的此类吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，基于自组装单分子层设计策略，通过在吩噻嗪分子结构中引入了羧酸锚定基团和不同的桥连单元，实现了对空穴传输材料分子能级的调节和对空穴传输层界面接触的改善。该材料作为非掺杂的空穴传输层应用于钙钛矿太阳能电池器件时，表现出了很好的光电转换效率。尤为重要的是，其合成过程简便、原料来源广泛且价格低廉，使得该材料在实际应用中更具竞争力，有望为钙钛矿太阳能电池的发展带来新的突破。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电材料，具体涉及一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料及其应用。

技术介绍

1、钙钛矿太阳能电池器件因其出色的光电性能取得了令人瞩目的进展，2009年至今，其光电转换效率(pce)已经超过26％，非常接近晶体硅基太阳能电池，发展潜力巨大。

2、钙钛矿太阳能电池器件主要由透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和导电电极(金属或导电金属氧化物)等组成。太阳能电池器件结构可分为正置结构(n-i-p)和倒置结构(p-i-n)，其中倒置型器件有稳定性较佳、迟滞效应小、可低温制备和适用于柔性基底等特点，具有良好的商业化应用前景。空穴传输层是钙钛矿太阳能电池器件的重要组成部分，空穴传输层除了能够实现空穴的提取和传输，它还能够钝化钙钛矿层缺陷并保护钙钛矿层免遭外部环境的水分和氧气的破坏。空穴传输材料根据种类的不同可分为无机类(nio、cui、cuscn等)、有机聚合物类(ptaa、pedot：pss、p3ht等)以及有机小分子类(spiro-ometad、2pacz等)。相对于无机空穴传输材料，有机空穴传输材料最大的特点是可以通过分子设计修饰实现能级的调节和分子赋能。应用于倒置型器件主流的空穴传输材料是聚合物ptaa和pedot：pss，但它们分别存在价格昂贵、需加入掺杂剂提高材料空穴迁移率和材料本身具有腐蚀性、吸湿性等问题，会破坏钙钛矿层进而影响电池的稳定性，大规模应用受到限制。此外，钙钛矿太阳能电池器件制备过程中所用到的透明导电玻璃在溅射沉积后需经过高温退火处理，表面粗糙度大，难以控制表面成分和功函数，不利于界面处的电荷传输。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料及其应用，将吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料用于钙钛矿电池中，能够提升钙钛矿电池的电荷传输能力和光电转换效率。

2、本专利技术的技术方案如下：

3、一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其结构通式为

4、

5、其中，r1和r2分别独立选自中的一种。

6、优选地，上述吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料的结构式为

7、

8、一种上述吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料在制备钙钛矿太阳能电池器件中的应用。

9、一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其结构通式

10、

11、其中，r3和r4分别独立选自中的一种。

12、优选地，上述吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料的结构式为

13、

14、一种上述吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料在制备钙钛矿太阳能电池器件中的应用。

15、一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其结构通式为

16、

17、其中，n＝1～5。

18、优选地，上述吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料的结构式为

19、

20、一种上述吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料在制备钙钛矿太阳能电池器件中的应用。

21、本专利技术至少具有如下有益效果：

22、(1)本专利技术基于自组装单分子层设计策略，在吩噻嗪分子中引入羧酸锚定基团和桥连单元，合成了新型的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料。此种分子结构设计，不仅可调节空穴传输材料分子能级，还可改善钙钛矿太阳能电池中空穴传输层的界面接触。当该材料用于倒置型结构的钙钛矿太阳能电池器件中时，羧酸锚定基团能够与玻璃导电基底的羟基形成化学键，在玻璃导电基底的表面形成一层定向排列的自组装层，以提升电荷传输能力、提高光电转换效率。进一步地，使用该类材料组装钙钛矿太阳能电池器件时无需掺杂锂盐，电池器件具有较高的水氧稳定性。

23、(2)本专利技术提供的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料合成过程简单，原料廉价易得，因此具有很好的实际应用价值，为开发高性能钙钛矿太阳能电池提供了新的材料选择。

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【技术保护点】

1.一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构通式为

2.如权利要求1所述的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构式为

3.一种权利要求1或2所述的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料在制备钙钛矿太阳能电池器件中的应用。

4.一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构通式为

5.如权利要求4所述的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构式为

6.一种权利要求3或4所述的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料在制备钙钛矿太阳能电池器件中的应用。

7.一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构通式为

8.如权利要求7所述的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构式为

9.一种权利要求7或8所述的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料在制备钙钛矿太阳能电池器件中的应用。

【技术特征摘要】

1.一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构通式为

2.如权利要求1所述的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构式为

3.一种权利要求1或2所述的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料在制备钙钛矿太阳能电池器件中的应用。

4.一种吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料，其特征在于，其结构通式为

5.如权利要求4所述的吩噻嗪自组装有机小分子空穴传输材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：吐松，沈毓琪，夏芬，吴炳辉，卢英华，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：

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