[发明专利]一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及光电材料技术领域，更具体而言，涉及一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料及其制备与应用。本发明空穴传输材料为化合物I，以2,7‑二溴螺[芴‑9,9′‑氧杂蒽]作为中心核，含氯的二苯胺衍生物为外围基团，其中氯原子的引入，有利于降低材料最高占据分子轨道能级，提高空穴迁移率，增强界面钝化能力，提高疏水性。本发明在空穴传输材料的外围引入氯原子，具有高的空穴迁移率，好的疏水性和增强的界面钝化能力；其用于制备高效的小迟滞钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料。所制备的材料具有更低的最高占据分子轨道能级，有利于提高器件的开路电压，其器件的光电转换效率可以达到22％以上，显示出可忽略不计的J‑V迟滞。

技术领域

本发明涉及光电材料技术领域，更具体而言，涉及一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料及其制备与应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池被视为硅基太阳能电池的潜在替代品，通过精细的器件设计、材料优化和界面工程，其光电转换效率已从3.8％提高到25％以上。空穴传输材料作为钙钛矿太阳能电池结构中的重要组分之一，不仅起到传输空穴、阻挡电子和提取空穴的作用，还起到保护钙钛矿吸收体免受空气、水分侵蚀的作用。

尽管钙钛矿太阳能电池在短期内取得了长足的进步，但由于其不稳定的特性，钙钛矿太阳能电池的商业化仍然受到阻碍。其中，电流密度-电压(J-V)迟滞效应成为制约其发展的主要因素之一。在钙钛矿太阳能电池的J-V测量期间，正向和反向扫描之间始终存在迟滞，即正向和反向扫描不能重叠。对于造成这一现象的原因，首先一种可能的猜测是由于钙钛矿属于离子晶体，它既具有电子导电性也具有离子导电性，电子的迁移形成的电势差会导致里面的离子也发生不同程度的迁移。离子迁移造成的离子堆积会产生更大程度上的n型和p型掺杂，这屏蔽了外加电压，改变了电荷收集效率最终导致了电流的滞后。而这种J-V迟滞也是导致高估或低估钙钛矿太阳能电池实际光电转换效率的不稳定性之一，造成难以评估真实的钙钛矿太阳能电池光伏参数。虽然，现有技术已经做出了许多努力来最大限度地减少J-V迟滞。但是由于溶液加工的钙钛矿薄膜是多晶的，不可避免地会形成大量晶界，电极化后晶界处剧烈增加的离子迁移导致离子的重新分配，最后在晶界处产生光电流的迟滞。因此，与钙钛矿薄膜质量紧密相关的溶剂工程(控制晶粒与晶界、提高结晶度)成为了抑制离子迁移的重要手段。另外一种可能是钙钛矿层的界面频带偏移以及电荷抽取与复合也会改变钙钛矿的离子迁移，而迟滞的程度也依赖于界面性质和接触材料的选择。因此，通过在钙钛矿层与空穴传输层之间引入界面层以钝化表面缺陷来抑制离子迁移以减少迟滞是最常用的方法，但是这一方法将导致器件制造进一步复杂化。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明的一个方面的目的在于，提供一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料。

本发明所述空穴传输材料为化合物I，其化学结构式如下：

本发明的另一个方面的目的在于，提供一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料的制备方法。

本发明所述空穴传输材料的制备方法具体步骤如下：

S1.在室温下，先将对甲氧基苯胺、2-氯-4-溴苯甲醚和叔丁醇钠依次溶于甲苯中，搅拌均匀，将反应体系升温，再加入三叔丁基膦四氟硼酸盐和三二亚苄基丙酮二钯，将整个反应体系进行回流反应，反应完成后，加入去离子水淬灭反应，冷却至室温，使用乙酸乙酯进行萃取，萃取后得到的有机相用无水硫酸镁干燥过滤，得到粗产物，将粗产物分离纯化，得到中间体A；

S2.将S1中得到的中间体A、2,7-二溴螺[芴-9,9-氧杂蒽]和叔丁醇钠依次溶于甲苯中，搅拌均匀，将反应体系升温，再加入三叔丁基膦四氟硼酸盐和三二亚苄基丙酮二钯，将整个反应体系进行回流反应，反应完成后，加入去离子水淬灭反应，冷却至室温，并使用乙酸乙酯对进行萃取，萃取后得到的有机相用无水硫酸镁干燥并过滤，得到粗产物，将粗产物分离纯化，得到化合物I。