[发明专利]一种小分子空穴传输材料、制备方法、应用及钙钛矿电池

说明书

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一种小分子空穴传输材料、制备方法、应用及钙钛矿电池。小分子空穴传输材料结构式如式DTCz‑TPA或式TCz‑TPA所示。本发明提供的有机小分子空穴传输材料具有热稳定性好，空穴迁移率高，良好的成膜性，在非掺杂的条件下，应用到反式钙钛矿太阳能电池器件中，光电转换效率达到16％左右，本发明提供的小分子空穴传输材料有望在钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、有机场效应晶体管等其它光电半导体器件领域获得广泛应用。

技术领域

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一种小分子空穴传输材料、制备方法、应用及钙钛矿电池。

背景技术

在众多的光伏电池技术中，基于有机-无机杂化的钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其制备简单、成本低廉、光电转换效率高，其吸光层有着高的迁移率和低的载流子符合率，载流子的迁移距离和寿命都比较长，可通过旋涂、喷涂或印刷等工艺制备可弯曲、全透明和大面积的器件，已经成为学术界和产业界的研究热点之一。

在高效的钙钛矿太阳能电池器件中，空穴传输材料(HTMs)作为钙钛矿晶体和金属电极之间重要的界面层，在促进空穴的提取、传输以及抑制钙钛矿和HTMs界面处的载流子复合等方面起着非常重要的作用，可以显著地提高器件的性能。2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)作为空穴传输材料，凭借其独特的空间垂直3D结构使之具有优异的热稳定性和光电性能，在钙钛矿太阳能电池中占据着主导的地位,但是它固有的缺点限制了钙钛矿太阳能电池的进一步发展。比如制备过程复杂且难以操作，纯化也不方便，另外，由于Spiro-OMeTAD本身的空穴迁移率(10^-6～10^-5cm^-2V^-1s^-1)较低，常采用4-叔丁基吡啶、有机锂盐和钴的配合物作为添加剂来提高其迁移率，可是这些添加剂不仅增加钙钛矿太阳能电池器件的制作成本，而且会影响器件的寿命和稳定性。因此，发展新型非掺杂小分子空穴传输材料以替代Spiro-OMeTAD，是目前材料研究者尤其是化学家在钙钛矿太阳能电池研究领域面对的机遇与挑战。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种小分子空穴传输材料，具有热稳定性好，空穴迁移率高，良好的成膜性，在非掺杂的条件下，应用到反式钙钛矿太阳能电池器件中，光电转换效率达到16％。

本发明提供的制备方法所获得的非掺杂有机小分子空穴传输材料有望在钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、有机场效应晶体管等其它光电半导体器件领域获得广泛应用。

本发明的目的之二是提供一种小分子空穴传输材料的制备方法，工艺简单、合成成本低廉、纯化方便。

本发明的目的之三是提供一种小分子空穴传输材料的应用。

本发明的目的之四是提供一种钙钛矿电池，具有高效的光电转换效率。

为解决现有技术的不足，本发明提供的技术方案为：

一种小分子空穴传输材料，结构式如式DTCz-TPA或式TCz-TPA所示：

其中，R₁选自直链烷基、支链烷基；R₂选自直链烷基、支链烷基、直链烷氧基、支链烷氧基、直链烷巯基、支链烷巯基、芳基、卤素、羧基、氰基。

一种小分子空穴传输材料的制备方法，式DTCz-TPA所示的小分子空穴传输材料的制备方法包括，

化合物6、化合物3、第六催化剂、第六配体和第六有机溶剂混合后，在惰性氛围下反应、分离提纯后得到式DTCz-TPA所示的小分子空穴传输材料，合成路线如下：

式TCz-TPA所示的小分子空穴传输材料的制备方法包括，