[发明专利]一种可用于空穴传输层的星型分子及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种可用于空穴传输层的星型分子及其制备方法和应用，所述可用于空穴传输层的星型分子具有式Ⅰ所示结构。本发明提供的星型分子具有支化结构，分子末端为有角锥形构象的三苯胺分子，分子中心核——三苯胺和苯并噻二唑通过碳‑碳三键相连，分子中的苯并噻二唑单元上具有取代基团；所述星型分子同时具备高空穴迁移率和易溶液加工的特性，可应用于钙钛矿太阳能电池中，有效提高电池的发光效率。。

技术领域

本发明涉及电子传输材料技术领域，尤其涉及一种可用于空穴传输层的星型分子及其制备方法和应用。

背景技术

对钙钛矿太阳能电池的制备工艺而言，除了钙钛矿层的溶液可加工性外，其他功能层如载流子传输层（空穴和电子传输层）乃至透明电极和金属电极的溶液可加工能力也是非常重要的研究方向。

p-i-n结构的钙钛矿太阳能电池空穴传输层通常选用PEDOT:PSS、PTAA、NiOx等。其中PEDOT:PSS和PTAA可以采用溶液加工方法制备得到，一方面，PEDOT:PSS为酸性溶液，制备得到的薄膜会对透明电极层如FTO、ITO层有一定程度上的损伤，此外PEDOT:PSS薄膜还存在易吸水的缺陷，故严重影响钙钛矿太阳能电池的长期稳定性；另一方面，PTAA为共轭聚合物，其生产成本较高，而且聚合物的固有特性使得其纯化较为困难；第三，NiOx薄膜通常采用磁控溅射的方法制备得到，对设备及靶材的要求较高，成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种可用于空穴传输层的星型分子及其制备方法和应用，所述星型分子作为空穴传输层应用于钙钛矿太阳能电池中，可有效提高电池的发光效率。

为达到上述目的，本发明提供了一种可用于空穴传输层的星型分子，具有式Ⅰ所示结构：

其中，R₁选自取代或未取代的C3~C16的烷基，或者R₁为-XR₂；

X为第Ⅵ主族元素中的任意一种；

R₂选自取代或未取代的C3~C16的烷基。

本发明提供的星型分子以三苯胺（Triphenylamine,TPA）为给体，苯并噻二唑（1，2，5-benzothiadiazole，BDT）为受体，二者通过碳-碳三键连接，构筑成为具备大π共轭体系的星型分子，分子末端同样为TPA；其中，中心的TPA核以及与之通过三键相连的BDT单元可以保证分子一定的平面性能；另外，TPA、碳-碳三键和BDT单元可以构筑较大的π共轭体系，二者的共同作用可以保证星型分子具备较高的空穴迁移率。所述分子末端的TPA基团具有角锥形的构象结构，有利于分子的空穴注入和传输。同时，所述分子在BDT单元上引入烷基支链，可以改善分子的溶解性能即溶液可加工能力；更进一步地，所述分子在BDT上引入烷氧基、烷硫基或烷硒基支链，可以在进一步扩展π共轭体系的同时也改善分子的溶液可加工性能，其还具备以下优点：1、氧原子、硫原子和硒原子的尺寸较大，外层孤对电子的离域性更好，更易于与芳香分子构建π共轭体系，进而提升分子的空穴迁移率；2、较大尺寸的原子（氧、硫、硒）可以优化分子的立体构型，溶液法加工制备得到的薄膜中分子更趋向于无定形态，在溶液加工过程中可以得到高质量的薄膜。最终这样的构建使得所述星型分子同时具备高空穴迁移率和易溶液加工的特性，可作为高效空穴传输层材料应用于钙钛矿太阳能电池。

其中，R₁优选为取代或未取代的C3~C16的烷基，更优选为取代或未取代的C6~C10的烷基，进一步优选为正己基、2-乙基己基、正辛基、3-乙基辛基或正葵基。

所述R₁还可以为-XR₂。

其中，X为第Ⅵ主族元素中的任意一种，优选为氧、硫或硒。