[发明专利]一种咔唑基四胺芘空穴传输材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开了一种咔唑基四胺芘空穴传输材料及制备与应用。该咔唑基四胺芘空穴传输材料的结构通式如式I和式II所示。本发明提供的空穴传输材料共轭效应和热稳定性好，其能级与钙钛矿能级相匹配，在钙钛矿太阳能电池等领域具有潜在应用价值。

技术领域

本发明属于光电领域，涉及一种咔唑基四胺芘空穴传输材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

钙钛矿材料具有高消光系数且带隙合适、电荷扩散范围长、优良的双极性载流子输运性质、较宽的光谱吸收范围、制备工艺简单、制备条件温和、制成电池光电转换效率高等优点。目前基于钙钛矿材料的太阳能电池光电转换效率(PCE)已经超过22％，成为光伏发电领域中的希望之星，是可再生能源领域的研究热点之一。而有机固态空穴传输材料的使用，提升了电池的光电效率和稳定性，已经成为钙钛矿电池的重要组成部分。目前应用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料主要分为有机空穴传输材料和无机空穴传输材料两大类。无机空穴传输材料的可选择范围较窄，对应器件的光电转换效率相对较低。开发能级匹配、空穴迁移率高的有机空穴传输材料是提高器件效率和稳定性的有效手段，成为相关领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种咔唑基四胺芘空穴传输材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明提供的咔唑基四胺芘空穴传输材料，其结构通式如式I或式II所示，

所述式I和式II中，

R₂为C₁～C₁₂的烷氧基。

具体的，所述R₂可为C₁～C₆的烷氧基。

本发明提供的制备所述式I或式II所示化合物的方法，包括如下步骤：

将1,6-二溴芘、碱与四(4-甲氧基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺进行偶联反应，反应完毕得到所述式I所示化合物；

将1,3,6,8-四溴芘、碱与四(4-甲氧基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺进行偶联反应，反应完毕得到所述式II所示化合物。

上述方法中，所述四(4-甲氧基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺的结构式如式III所示：

所述1,6-二溴芘的结构式如式IV所示：

所述1,3,6,8-四溴芘的结构式如式V所示：

所述碱选自碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、磷酸钾和氢氧化钠中的至少一种；

所述1,6-二溴芘或1,3,6,8-四溴芘、四(4-甲氧基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺与碱的摩尔比为1:(2-8):(2-20)，具体可为1：2.4：6.3或1：2.9：7.7。

所述偶联反应均在钯催化剂存在的条件下进行；

所述钯催化剂具体选自醋酸钯、双三苯基磷二氯化钯、四(三苯基膦)钯和三(二亚苄基丙酮)二钯中的至少一种。

所述1,6-二溴芘或1,3,6,8-四溴芘与钯催化剂的摩尔比为1:(0.01-0.2)，具体可为1:0.1或1:0.2；

所述偶联反应步骤中，温度为90℃-150℃；时间为6h-48h；

所述偶联反应均在有机溶剂和惰性气氛中进行；

所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二氧六环、乙醇和二甲基亚砜中的至少一种；