【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电材料及太阳电池材料领域，特别是涉及一种自钝化空穴传输材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、太阳电池作为一种清洁能源的产生方法，是未来实现碳达峰和碳中和目标的重要手段之一；钙钛矿太阳电池(pscs)作为一种高性能，制备简单的新型太阳电池，自出现以来，其光电转化效率已经超过了26％。是极具潜力的太阳电池。空穴传输材料做为钙钛矿太阳能电池器件中不可或缺的一部分，起到优化界面层的界面传输、钝化缺陷的重要作用。目前，最常用的有机小分子空穴传输材料为2,2,7,7-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴(spiro-ometad)，由于其合成步骤多、工艺复杂，导致较高合成成本，不利于规模化应用。另外，采用spiro-ometad做为钙钛矿太阳电池空穴传输材料时还需加入添加剂，以增加其钝化功能，但是添加剂的添加不仅增加了制造成本还会降低器件的环境稳定性。因此开发一种合成工艺简单、具有自钝化功能的空穴传输材料具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一是提供一种自钝化空穴传输材料，该方法制得的自钝化空穴传输材料应用于钙钛矿太阳电池中，作为空穴传输层，能够增强与钙钛矿层之间的相互作用，实现空穴传输材料对钙钛矿缺陷的自钝化，减少添加剂的加入，同时空穴传输层与钙钛矿层之间较强的相互作用，也能够促进钙钛矿层和空穴传输层之间的载流子传输，提升电荷提取能力。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种自钝化空穴传输材料，具有如下式(1)的结
3、
4、其中，式(1)中的n表示吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元的数量，为5～20中任意一个整数，所述吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元组成首尾相连的大环结构；r1、r2、r3有机基团相同或者不同，各自独立的选自氢、卤素、烷烃基、烯烃基、炔烃基、芳烃基、噻吩基、吡咯基、吡啶基中的一种。
5、作为自钝化空穴传输材料进一步的改进：
6、优选的，所述r1、r2、r3还可以分别独立选自具有式(2)所述取代基的至少一种：
7、
8、式(2)中所述r4、r5可分别独立选择苯环、噻吩环、吡咯环、吡啶环；r6为三苯胺取代基、c1-c6烷烃基取代三苯胺基、c1-c6烷氧基取代三苯胺基、二苯胺基、c1-c6烷烃基取代而苯胺基、c1-c6烷氧基取代二苯胺基中的一种；r1、r2、r3、r4、r5、r6基团相同或者不同；m表示取代基r4的数量，为1-6中任意一个整数。
9、优选的，所述吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元形成首尾相连的大环结构具有式(3)的通式特征：
10、
11、其中k表示在式(3)所要求通式大环结构中吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元的数量，取值为0-15中任意整数。
12、本专利技术的目的之二是提供一种上述任意一项所述的自钝化空穴传输材料的制备方法，包括如下步骤：
13、s1、取含有吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元组成的大环结构的化合物作为原料，1-甲苯磺酰基-1h-咪唑或对甲苯磺酰氯作为反应物，原料和反应物按照1:(1～50)摩尔比，加入到酸性或碱性的溶剂中，得到混合溶液；
14、s2、将混合溶液在惰性气体保护，先冰浴条件下反应再加热条件下反应或者直接加热条件下反应，经酸洗、蒸馏和过滤得到固体，将固体进行反相柱层析，用混合溶剂洗脱，浓缩干燥制得中间体；
15、s3、将中间体与含r1、r2、r3三个取代基的取代物按照1:(1～50)的摩尔比混合，加入溶剂中得到混合反应液；所述含r1、r2、r3三个取代基的取代物为含有r1、r2、r3三个取代基的三氟甲基磺酸取代物、或者为含有r1、r2、r3三个取代基的黄酰氯取代物、或者为含有r1、r2、r3三个取代基的氨基取代物；
16、s4、将混合反应液在50-180℃温度下反应6h-72h，产物加入丙酮中，过滤得到固体，固体干燥后经过进行反相柱层析，用混合溶剂洗脱、干燥得到固体，固体经丙酮洗涤后真空干燥，得到自钝化空穴传输材料。
17、作为自钝化空穴传输材料的制备方法的进一步改进：
18、优选的，所述含有吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元组成的大环结构的化合物为具有式(4)所述通式结构的有机分子，式(4)中h为0-15中任意一个整数；
19、
20、优选的，步骤s1中酸性或碱性的溶剂为吡啶溶剂，或者为体积比1:1:1的二氧六环、水和碳酸盐缓冲溶液的混合溶剂。
21、优选的，步骤s2和步骤s4中所述的混合溶剂为体积比1:1的甲醇/水混合溶剂，或者为体积比1:1:1的甲醇/水/二氯甲烷混合溶剂。
22、优选的，步骤s3的混合反应液还添加有相转移催化剂，所述相转移催化剂为冠醚、烷基取代氨基六氟磷酸盐、烷基取代溴化铵、18-冠-6、碳酸钾中一种或两种以上的组合。
23、优选的，步骤s2中冰浴条件下反应的时间为2～18h；加热条件下反应的温度为50℃～180℃、时间为2～8h。
24、本专利技术的目的之三是提供一种上述自钝化空穴传输材料在光电器件上的应用，所述光电器件为钙钛矿太阳电池，包括透明导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，空穴传输层的材料为上述任意一项所述的自钝化空穴传输材料。
25、本专利技术相比现有技术的有益效果在于：
26、本专利技术针对传统spiro-ometad空穴传输材料合成步骤多、工艺复杂，合成成本高等问题，设计制备了含有吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元组成的大环结构的具有钝化作用的空穴传输材料，利用吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元组成的大环结构中的较为活泼的羟基基团，引入具有空穴传输能力的r1、r2、r3基团，同时利用吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元组成的大环结构中的羟基的强氢键作用，实现钙钛矿中金属离子的螯合，抑制钙钛矿层缺陷，增加钙钛矿层与空穴传输材料之间的相互作用，促进界面载流子传输。本专利技术合成步骤少、工艺简单，且无需额外添加剂的加入并可获得较高的光电转换效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种自钝化空穴传输材料，其特征在于，具有如下式(1)的结构通式：
2.根据权利要求1所述的自钝化空穴传输材料，其特征在于，所述R1、R2、R3还可以分别独立选自具有式(2)所述取代基的至少一种：
3.根据权利要求1所述的自钝化空穴传输材料，其特征在于，所述吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元形成首尾相连的大环结构具有式(3)的通式特征：
4.一种权利要求1-3任意一项所述的自钝化空穴传输材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的自钝化空穴传输材料的制备方法，其特征在于，所述含有吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元组成的大环结构的化合物为具有式(4)所述通式结构的有机分子，式(4)中h为0-15中任意一个整数；
6.根据权利要求4所述的自钝化空穴传输材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中酸性或碱性的溶剂为吡啶溶剂，或者为体积比1:1:1的二氧六环、水和碳酸盐缓冲溶液的混合溶剂。
7.根据权利要求4所述的自钝化空穴传输材料的制备方法，其特征在于，步骤S2和步骤S4中所述的混合溶剂为体积比
8.根据权利要求4所述的自钝化空穴传输材料的制备方法，其特征在于，步骤S3的混合反应液还添加有相转移催化剂，所述相转移催化剂为冠醚、烷基取代氨基六氟磷酸盐、烷基取代溴化铵、18-冠-6、碳酸钾中一种或两种以上的组合。
9.根据权利要求4所述的自钝化空穴传输材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中冰浴条件下反应的时间为2～18h；加热条件下反应的温度为50℃～180℃、时间为2～8h。
10.一种权利要求1-3任意一项所述的自钝化空穴传输材料在光电器件上的应用，其特征在于，所述光电器件为钙钛矿太阳电池，包括透明导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，空穴传输层的材料为权利要求1-3任意一项所述的自钝化空穴传输材料。
...【技术特征摘要】
1.一种自钝化空穴传输材料，其特征在于，具有如下式(1)的结构通式：
2.根据权利要求1所述的自钝化空穴传输材料，其特征在于，所述r1、r2、r3还可以分别独立选自具有式(2)所述取代基的至少一种：
3.根据权利要求1所述的自钝化空穴传输材料，其特征在于，所述吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元形成首尾相连的大环结构具有式(3)的通式特征：
4.一种权利要求1-3任意一项所述的自钝化空穴传输材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的自钝化空穴传输材料的制备方法，其特征在于，所述含有吡喃葡萄糖单元或者类吡喃葡萄糖单元组成的大环结构的化合物为具有式(4)所述通式结构的有机分子，式(4)中h为0-15中任意一个整数；
6.根据权利要求4所述的自钝化空穴传输材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中酸性或碱性的溶剂为吡啶溶剂，或者为体积比1:1:1的二氧六环、水和碳酸盐缓冲溶液的混合溶剂。...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄阳，胡林华，
申请(专利权)人：安徽工业技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。