[发明专利]一种马鞍型空穴传输材料及其合成方法和钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开了一种马鞍型空穴传输材料及其合成方法和钙钛矿太阳能电池。它包括衬底、阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层和阴极。其中活性层为传统的三维钙钛矿结构，空穴传输层为“马鞍型”结构的有机小分子。该空穴传输材料的合成步骤简单，成本低廉，无需任何p型掺杂。在提高电池光电转化效率的同时，能够减少空气中的水、氧气等对钙钛矿层结构的破坏，从而提高电池寿命。相比较于在同等器件结构下采用传统PEDOT:PSS，spiro‑MeOTAD作为空穴传输材料，本发明所制备的器件具有更高Voc，Jsc，FF和PCE，最高的能量转换效率达到16.41％。

技术领域

本发明涉及一种新材料和太阳能电池，尤其涉及了一种马鞍型空穴传输材料及其合成方法和钙钛矿太阳能电池。

背景技术

随着化石能源的短缺和环境污染问题日益严重，将清洁并且可持续的光能高效转化为太阳能成为科学家关注的问题。目前在太阳能电池领域中，以硅为代表的无机半导体材料已经实现产业化，但是其制备成本普遍偏高，生产过程中会对环境产生污染问题，并且不利于制备成柔性器件，已经不能满足市场要求。

可通过溶液加工，利用roll-to-roll技术实现清洁，高效，批量大规模生产的太阳能电池，是未来技术发展的方向。具有代表性的可溶液加工的太阳能电池主要有燃料敏化电池，有机太阳能电池，量子点敏化电池和有机-无机杂化电池。有机-无机钙钛矿太阳能电池作为有机-无机杂化电池中的重要分支，近年来得到迅猛的发展。至2017年第四季度，研究报道的有机-无机钙钛矿太阳能电池最高效率已经突破22.1％(Yang W S,Park B W,Jung E H,et al.Science,2017,356(6345):1376-1379.)，说明其具有很好的产业化前景。

目前在有机-无机钙钛矿太阳能电池中应用最广泛的空穴传输材料为局限于2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(spiro-MeOTAD)，聚三芳苯胺(PTAA)和PEDOT:PSS等材料。但在使用spiro-MeOTAD和PTAA作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料时，常需要添加双(三氟甲磺酰)亚胺(Li-TFSI)和叔丁基吡啶(tBP)等添加剂，这类离子添加剂容易吸潮，使对水敏感的钙钛矿层受到破坏，导致器件稳定性降低。对于PEDOT：PSS作为空穴传输材料，虽然不需要掺杂，但是由于本身的酸性会腐蚀电极材料，也会影响太阳能电池的性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种新型“马鞍型”空穴传输材料的合成方法及其构成的钙钛矿太阳能电池。该新型“马鞍型”空穴传输材料在不需要p型掺杂的情况下获得较高的空穴迁移率，同时其HOMO能级与钙钛矿层能级更加匹配，并获得了由该种“马鞍型”空穴传输材料改性而成的钙钛矿太阳能电池。

本发明采用的技术方案如下：

一种马鞍型空穴传输材料，空穴传输材料的化学式为：

其中：

X＝O、N、S、Se；

R₂＝C4-C12，OMe，SMe；

n＝1～4。