[发明专利]一种基于N-P=X共振结构的新型空穴传输材料的制备和应用

说明书

本发明公开了一种基于N‑P=X共振结构的新型空穴传输材料的制备和应用，涉及有机光电材料技术领域，其特征官能团可选择性调控半导体材料性质，以及共振结构具有良好的平衡载流子传输。可用于合成的空穴传输层材料。其采用该新型空穴传输层的钙钛矿电池的效率最大能够达到21.7%，开路电压能达到1.16 V，填充因子达到0.81。通过设计合成的新型光电材料并调控HOMO能级，使其与钙钛矿活性层的HOMO能级更匹配，可达到提高器件开路电压的效果，从而提高器件的光电转换效率。同时由于其特征官能团与钙钛矿中的铅配位作用，提升了钙钛矿材料的稳定性，并显著提升了器件稳定性。

技术领域

本发明涉及有机光电材料技术领域，特别涉及基于N-P=X共振结构的新型空穴传输材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

当下的太阳能电池随着时间的流逝，形式逐渐发展地多种多样，这个发展过程通常也可以分为几个时间阶段。首先，第一代的太阳能电池基本上是以单晶硅为基础的，在此基础上逐渐发展出多晶硅和非晶硅等等，目前，这种太阳能电池尽管当下是基本完成了商业化，技术非常成熟，但是单晶硅高昂的价格和复杂的制备还是在制约着其发展。在这之后又出现了第二代无机薄膜太阳能电池，这种电池以铜铟镓硒为材料，虽然原料消耗比较少，且效率较高，但是无机材料需要在高温下煅烧才能使用。第三代的新型太阳能电池具有独特的高转换率特性，这种电池主要是有两种，一种是钙钛矿太阳能电池，另一种则是染料敏化太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池作为最新一代的电池，钙钛矿太阳能电池能在与占据光伏产能的90%的晶体硅电池的竞争中依旧受到人们的青睐，正是因为它的优良特性。钙钛矿材料CH₃NH₃PbX₃具有较高的载流子迁移率、低的激子结合能宽的吸收光谱和高的光吸收系数，这使得它能够充分的吸收太阳光并且降低在光电转换过程中的能量损耗。近五年来，基于卤化物钙钛矿的全固态薄膜太阳能电池 效率已经从3.8% ( Kojima A, Teshima K, ShiraiY, Miyasaka T. Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizersfor Photovoltaic Cells[J]. J. Am. Chem. Soc, 2009, 131(17) :6050-6051)发展至今最大光电转换效率高达25.5% （National Renewable Energy Laboratory. Bestresearch-cell efficiencies. www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/pv-efficiency-chart.20190103.pdf.）。由于钙钛矿太阳能电池制备的原料廉价、制备成本低、能量转换效率较高，因而在太阳能领域具有巨大的潜在应用价值，将在未来能源结构中占有重要的地位。

钙钛矿太阳能电池主要包括介孔和平面异质结两种结构，其中倒置的平面异质结结构的钙钛矿太阳能电池由于其可低温处理光电转换效率高及其几乎没有磁滞效应等优点成为目前研究人员主要的研究方向。但是倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池存在严重的非辐射复合，使得其效率往往较低，如何通过设计新型的空穴传输层材料来提升器件的开路电压及光电转换效率已经成为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种基于N-P=X共振结构的新型钙钛矿太阳能空穴传输材料的制备与应用，该材料具有优良的热稳定性、溶解性及成膜性，并且制备简便，成本低廉。

为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：

一种基于N-P=X共振结构的新型空穴传输材料，结构如式（Ⅰ）所示：

（Ⅰ）

所述（Ⅰ）式中，X=O、S或Se，Ar为式II, III, IV, V, VI, VII, VIII中所示基团中的一种：