[发明专利]一种基于四噻吩并吡咯的免掺杂空穴传输材料及其合成方法和应用

说明书

本发明涉及太阳能电池技术领域，公开了一种基于四噻吩并吡咯的免掺杂空穴传输材料及其制备方法和应用，该材料是以四噻吩并吡咯为分子核、通过烯键与外围电子给体单元甲氧基三苯胺相连，该材料共轭程度高、分子趋于平面化，有效增强了分子间相互作用，表现出高效的电导率和空穴迁移率，且合成路线简单，收率高、制备成本低，适合大量合成。本发明的基于四噻吩并吡咯的免掺杂空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池中，电池器件短路光电流密度达22.37 mA cm^‑2，开路电压为1.09 V，填充因子0.7452，光电转化效率高达18.17%。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于四噻吩并吡咯的免掺杂空穴传输材料及其制备方法和应用。

背景技术

作为新一代光伏科技，钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells，简称PSCs）具有制备工艺简单、材料易调变、成本低廉等优点，最新的认证效率已经达到25.2%（National Renewable Energy Laboratory，NREL，2019）。空穴传输层作为PSCs重要的组成部分，起到收集钙钛矿吸收层的光生空穴并将其传输到对电极的重任，同时还有效抑制器件界面电子复合，对电池效率和稳定性定起到至关重要的影响。目前，应用于钙钛矿太阳能电池中的空穴传输材料多需要使用4-叔丁基吡啶、LiTFSI和钴盐等掺杂剂才能获得高效的光电转化效率。但掺杂一方面导致电池制备工艺复杂化，制备成本提高；另一方面掺杂剂的使用还是导致电池的吸湿性显著提升，从而降低了电池的使用寿命，加速了电池老化速度。因此开发免掺杂的空穴传输材料，对钙钛矿太阳能电池未来产业化应用具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于四噻吩并吡咯的免掺杂空穴传输材料，该材料以四噻吩并吡咯为分子核、通过烯键与外围电子给体单元甲氧基三苯胺相连，共轭程度高、分子趋于平面化，有效增强了分子间相互作用，表现出高效的电导率和空穴迁移率；本发明的另一目的在于提供该材料的制备方法，其合成路线简单，收率高、制备成本低，适合大量合成；本发明的在一目的在于基于四噻吩并吡咯的免掺杂空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池中，电池器件短路光电流密度达22.37 mA cm^-2，开路电压为1.09 V，填充因子0.7452，光电转化效率高达18.17%。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于四噻吩并吡咯的免掺杂空穴传输材料，化学结构式如式（3）所示：

。

本发明的进一步改进方案为：

上述一种基于四噻吩并吡咯的免掺杂空穴传输材料的制备方法，包括如下步骤：

在氩气保护的条件下，将式（1）化合物、式（2）化合物、钯催化剂、有机磷配体和碱溶解于无水有机溶剂中，进行反应，反应结束产物经柱层析提纯得到式（3）化合物，即基于四噻吩并吡咯的免掺杂空穴传输材料。

进一步的，所述式（1）化合物、式（2）化合物、钯催化剂、有机磷配体以及碱的摩尔比1: 2~ 5:0.01~0.1:0.02~0.2:2~8。

进一步的，所述的钯催化剂为四三苯基磷钯、三（二亚苄基丙酮）二钯、[1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯或醋酸钯中的一种或两种以上混合。