[发明专利]用于修饰钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层的含有氰基的功能材料的化学合成及其应用研究

说明书

本专利旨在设计与合成一类氰基化合物，并对钙钛矿太阳能电池结构中的钙钛矿层进行修饰。实施方法为在钙钛矿表面旋涂一层修饰材料，通过材料分子中的氰基与钙钛矿结构中的I^‑相互作用，分散其表面电荷，同时减少I^‑的迁移，从而提高钙钛矿层的稳定性；分子结构中的苯环及烷基链组分能起到改善界面相容性、减少其表面缺陷的作用，最终实现提高钙钛矿太阳能电池性能的目的。(1)中Ar为以下芳香化合物：(2)中Ar为以下芳香化合物：式中R₁为‑CN或R₂为1～16烷基链。

技术领域

本发明涉及氰基功能材料的结构设计、化学合成及作为钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层修饰材料的应用研究。

背景技术

太阳能是一种利用太阳辐射连续输入、可以在任意地点取用的可再生资源，因此利用半导体材料光生伏特效应把光转换成电的太阳能电池，能够为人类社会的发展提供源源不断的洁净能源，是人类社会应对能源枯竭危机、解决环境污染问题的重要途径。随着光伏产业的迅猛发展，成本不断降低，使得其前景更为光明和深远，其中将太阳能转换为电能的一种有效的方法是制备基于光生伏特效应的太阳能电池。

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。作为第一代太阳能技术，硅基太阳能电池是发展最为完善、应用最为广泛的成熟技术之一，但由于其必须使用昂贵的高纯硅，因而面临着造价高、耗能高等难题，严重制约了硅基太阳能电池更为广泛的产业应用。第二代薄膜太阳能电池(GaAs，CdTe，CuIn，GaSe等)技术由于比硅基电池更能容忍较高的缺陷密度而得到了迅猛的发展，但其大规模应用也受制于环境污染严重、稀缺元素不可持续发展等问题。有机金属卤化物钙钛矿结构太阳能电池是一种以全固态钙钛矿结构作为吸光材料的太阳能电池，其能隙约为1.5eV，消光系数高，几百纳米厚的薄膜即可充分吸收800nm以下的太阳光，在光电转换领域具有重要的应用前景。这种新型的太阳能电池最早在2009年由日本桐荫横滨大学的Miyasaka研究组提出，当时效率仅有3.8％(Akihiro Kojima，Kenjiro Teshima，Yasuo Shirai and TsutomuMiyasaka.J.Am.Chem.Soc.2009，131，6050-6051)，到目前最高效率值已达到22.1％。

虽然钙钛矿太阳能电池发展现状良好，但仍有若干关键因素制约钙钛矿太阳能电池的发展：1)如何兼顾提高稳定性和转换效率是目前的一个难点；2)吸收层中含有可溶性重金属Pb，易对环境造成污染；3)如何实现钙钛矿太阳能电池的大面积连续制备(Bobo Li，Yafang Li，Chaoyue Zheng，Deqing Gao*and Wei Huang*RSC Adv.2016，6，38079-38091)。

界面修饰是提高钙钛矿太阳能电池的稳定性、光电转化效率的重要途径，通过修饰载流子传输层、电极、或钙钛矿层，不仅能够增强电荷的传输和收集，同时改善界面接触。本发明制备的界面材料分子中的氰基，是与钙钛矿中的I^-相互作用，分散其表面电荷，同时减少I^-的迁移，从而提高钙钛矿层的稳定性；利用分子结构中的苯环及烷基链组分改善界面相容性，减少表面缺陷，最终实现提高钙钛矿太阳能电池性能的目的。

发明内容

1.本发明的特征是提供一类氰基化合物，其结构通式如下所示：

(1)中Ar为以下芳香化合物：

(2)中Ar为以下芳香化合物：

式中R₁为-CN或R₂为1～16烷基链。

2.本发明的另一特征用于提供上述氰基类化合物的合成方法。