CN107721906A - 一类新型可溶液加工的9，9－二芳基芴类三聚体空穴传输材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用 - Google Patents
一类新型可溶液加工的9，9－二芳基芴类三聚体空穴传输材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107721906A CN107721906A CN201711029801.0A CN201711029801A CN107721906A CN 107721906 A CN107721906 A CN 107721906A CN 201711029801 A CN201711029801 A CN 201711029801A CN 107721906 A CN107721906 A CN 107721906A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solar cell
- perovskite solar
- tripolymer
- preparation
- hole transport
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N o-biphenylenemethane Natural products C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3C2=C1 NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 4
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 title abstract description 7
- 239000013638 trimer Substances 0.000 claims abstract description 3
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 9H-carbazole Chemical compound C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 15
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical class C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 150000002220 fluorenes Chemical group 0.000 claims description 7
- SHUQFBKCOHURJQ-UHFFFAOYSA-N 9-hexylcarbazole Chemical class C1=CC=C2N(CCCCCC)C3=CC=CC=C3C2=C1 SHUQFBKCOHURJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 125000002347 octyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 4
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims description 4
- 125000006617 triphenylamine group Chemical group 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 2
- YCWSUKQGVSGXJO-NTUHNPAUSA-N nifuroxazide Chemical group C1=CC(O)=CC=C1C(=O)N\N=C\C1=CC=C([N+]([O-])=O)O1 YCWSUKQGVSGXJO-NTUHNPAUSA-N 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003747 Grignard reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006462 rearrangement reaction Methods 0.000 abstract 1
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- JTCFNJXQEFODHE-UHFFFAOYSA-N [Ca].[Ti] Chemical compound [Ca].[Ti] JTCFNJXQEFODHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 4
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 4
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 4
- 229960001866 silicon dioxide Drugs 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- RIOQSEWOXXDEQQ-UHFFFAOYSA-N triphenylphosphine Substances C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 RIOQSEWOXXDEQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 3
- -1 amine cation Chemical class 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 125000003983 fluorenyl group Chemical group C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3CC12)* 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004847 absorption spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000005829 trimerization reaction Methods 0.000 description 2
- 0 *Oc1cc([Al])cc(C(c2c3)(c4ccccc4)c4ccccc4)c1-c2ccc3[Al] Chemical compound *Oc1cc([Al])cc(C(c2c3)(c4ccccc4)c4ccccc4)c1-c2ccc3[Al] 0.000 description 1
- FYEFHYMUEWRCRF-UHFFFAOYSA-N 2,7-dibromofluoren-1-one Chemical class BrC1=CC=C2C3=CC=C(Br)C(=O)C3=CC2=C1 FYEFHYMUEWRCRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IVDFJHOHABJVEH-UHFFFAOYSA-N HOCMe2CMe2OH Natural products CC(C)(O)C(C)(C)O IVDFJHOHABJVEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001167 Poly(triaryl amine) Polymers 0.000 description 1
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 229910001502 inorganic halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 1
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003233 pyrroles Chemical class 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 125000005259 triarylamine group Chemical group 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D209/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings, condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
- C07D209/56—Ring systems containing three or more rings
- C07D209/80—[b, c]- or [b, d]-condensed
- C07D209/82—Carbazoles; Hydrogenated carbazoles
- C07D209/86—Carbazoles; Hydrogenated carbazoles with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached to carbon atoms of the ring system
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C217/00—Compounds containing amino and etherified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
- C07C217/78—Compounds containing amino and etherified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having amino groups and etherified hydroxy groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton
- C07C217/94—Compounds containing amino and etherified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having amino groups and etherified hydroxy groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings being part of condensed ring systems and etherified hydroxy groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the same carbon skeleton
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
- H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/631—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
- H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
- H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一类新型可溶液加工的可用于钙钛矿太阳能电池空穴传输层的9，9‑二芳基芴类三聚体材料，所述材料的主要结构单元是通过拜耳‑维立格重排和格氏反应制备。本发明所述的空穴传输材料制备工艺简单、原料易得、价格低廉，且材料的溶液加工性能好、空穴迁移率较好，能够大大降低钙钛矿太阳能电池的器件制备成本；这类材料作为非掺杂空穴传输材料应用于钙钛矿太阳电池器件上，实现高于10％的器件效率，适宜于稳定、低成本、大规模柔性钙钛矿太阳能电池器件的制备，是一类具有潜力的钙钛矿太阳能电池空穴传输材料。
Description
技术领域
本发明属于钙钛矿太阳能电池新材料领域，具体地涉及一类9，9-二芳基芴类三聚体空穴传输材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。
技术背景
近年来，钙钛矿太阳能电池以其较强的吸收、良好电荷迁移率、可溶液化加工等优点吸引了大量研究者的关注。其中，有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光电转换效率已经从3.8％迅速增加到22.1％，而且因其成本低廉、光电转换效率高等优势成为当今光伏领域最重要的研究热点之一，并且有可能取代硅成为下一代太阳能电池。钙钛矿太阳能电池的吸光层CH3NH3PbX3(X＝Cl、Br、I)具有典型ABX3型立方晶体结构，该结构中A代表有机胺阳离子(如CH3NH3 +等)，占据立方八面体的体心；B代表可配位形成八面体的金属阳离子，如Pb+、Nb+、Ti4+、Fe3+等；X代表可与B配位形成八面体的阴离子，可由Cl-、Br-、I-、O2-等构成，该类有机/无机杂化钙钛矿材料中卤素八面体共顶连接，形成稳定的三维网络结构。钙钛矿太阳能电池的器件结构包括电子传输材料(ETMs)和空穴传输材料(HTMs)两层有机传输层，其中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，因而得到了广泛地研究。在倒置结构的钙钛矿天阳能电池中，聚(3，4-乙撑二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)作为常用的空穴传输材料被广泛的使用，但其将强的吸湿性以及酸性对电池性能有较大的负面影响，并且材料制备成本高限制了电池的大面积制备。[3-5]针对目前常用的空穴传输材料PEDOT：PSS合成路线复杂、价格昂贵等问题，科研人员研制了一系列易于合成且成本低廉的小分子作为空穴传输材料。例如咔唑和噻吩类三聚体HTMs、聚三芳胺(PTAAs)等。[1-2]然而大部分所报道的有机HTMs往往需要掺杂4-叔丁基吡啶(t-BP)、有机锂盐(Li-TFSI)和钴的配合物等添加剂来改善其迁移率，从而获得较高的器件性能。这些添加剂不仅使器件的制备过程更加复杂化，而且对PSCs的稳定性和寿命有不目前为止，大部分报道的稳定的HTMs需要多步合成路线和复杂的提纯步骤，成本较高，而且有些材料溶解性差，严重影响其成膜性。因此，有必要进一步开发新的策略、设计低成本、高稳定性的具有较高的电荷迁移率和空穴传输能力的HTMs。
针对以上技术问题，本申请发明人设计合成了一类基于9，9-二芳基芴的三聚体材料。通过拜耳-维立格重排和格氏反应，以2，7-二溴芴酮为原料，在芴的9号位引入两个苯环的同时，并在其4号位引入辛基取代基或9-N-己基咔唑以改善其溶解性能，并通过Suzuki反应与不同化合物进行耦合。该类材料制备简单且具有良好的热稳定性和较好的溶解性能，可以通过溶液法加工，是一种具有潜力的可以广泛应用于PSCs的空穴传输材料。
[1]A.Molina-Ontoria，I.Zimmermann，I Garcia-Benito，P.Gratia，C.Roldán-Carmona，S.Aghazada，M.Graetzel，M.K.Nazeeruddin，and N.Martín.Angew.Chem.Int.Ed.2016，55，6270-6274.
[2]W.S.Yang，J.H Noh，N.J.Jeon，Y.C.Kim，S.Ryu，J.Seo，S.I.Seok，Science.2015，348，1234-1237.
[3]H.Chen，D.Bryant，J.Troughton，M.Kirkus，M.Neophytou，X.Miao，J.R.Durrant，I.McCulloch，Chem.Mater.2016，28(8)，2515-2518.
[4]S.Ye，W.Sun，Y.Li，W.Yan，H.Peng，Z.Bian，Z.Liu，C.Huang，Nano Lett.2015，15(6)，3723-3728.
[5]A.E.Labban，H.Chen，M.Kirkus，J.Barbe，S.Del Gobbo，M.Neophytou andI.McCulloch，Adv.Energy Mater.2016，1502101.
发明内容
本发明的目的是提供一类新型钙钛矿太阳能电池空穴传输材料的合成及应用。通过采用简单、成本低廉的制备工艺，获得具有良好溶解性、成膜性好，并具有较高空穴迁移率的9，9-二芳基芴类三聚体材料。将其应用于钙钛矿太阳能电池中，可作为空穴传输材料制备较高光电转换效率、空气稳定的钙钛矿太阳能电池。
本发明的新型可溶液加工的可用于钙钛矿太阳能电池空穴传输层的9，9-二芳基芴类三聚体材料，其结构特点在于：芴的9号位是二芳基取代基团，芴的4号位是通过醚键相连的辛基取代基团或9-N-己基咔唑，所述材料结构特征如下：
其中：R为辛基取代基或9-N-己基咔唑，具体为下列结构中的一种：
Ar为三苯胺或9-N苯基咔唑供电子基团，具体为下列结构中的一种：
本发明中所述的一类新型可溶液加工的可用于钙钛矿太阳能电池空穴传输层的9，9-二芳基芴类三聚体的制备方法，其特征在于：主要结构单元与取代基团可通过Suzuki耦合反应制备，具体反应步骤：
其中：R为辛基取代基或9-N-己基咔唑，具体为下列结构中的一种：
Ar为三苯胺或9-N苯基咔唑供电子基团，具体为下列结构中的一种：
将2，7-溴-二芳基芴单体(1equiv)分别与4-硼酸三苯胺(2.5equiv)或9-(4-硼酸频哪醇酯苯基)咔唑(2.5equiv)溶于25mL四氢呋喃为溶剂，然后加入碳酸钾水溶液(2ml，2M)，以四三苯基膦钯(70mg)为催化剂，在氮气保护的条件下反应24h制备获得。
本发明所述的该类新型的钙钛矿太阳能电池空穴传输材料，其特征在于可作为空穴传输层应用于钙钛矿太阳能电池，器件结构为ITO/空穴传输层/钙钛矿层/电子传输层/LiF/金属电极Al，其中空穴传输层采用权利要求1所述的9，9-二芳基芴类三聚体材料制成。
本发明中所述的新型9，9-二芳基芴类三聚体材料作为钙钛矿太阳能电池空穴传输层的制备方法，其特征在于该类材料不需要经过退火过程，在手套箱中使溶剂自然挥发，具体步骤如下：将本发明所述材料(10mg)溶于1ml甲苯溶剂中，然后以2000rpm的速度在空气中旋涂40s，将旋好的薄膜放在手套箱中静置2h，待溶剂自然挥发干后，再将配好的钙钛矿溶液旋涂在传输层上。
本发明的有益效果为：
(1)本发明所述的，其制备工艺简单、原料易得、价格低廉，反应条件温和，适宜大规模生产；
(2)本发明所述的一类新型的可应用于钙钛矿太阳能电池空穴传输层的9，9-二芳基芴类三聚体材料，其溶液加工性能好，相对于PEDOT：PSS，其吸湿性差，有利于钙钛矿太阳能电池在空气中的稳定性；
(3)本发明所述的9，9-二芳基芴类三聚体材料，其应用于钙钛矿太阳能电池空穴传输层，较好的高质量薄膜，降低器件制备成本；且可作为非掺杂的空穴传输材料应用于钙钛矿太阳电池器件上，实现高于10％的器件效率，适宜稳定的、低成本、大规模柔性钙钛矿太阳能电池器件应用。
附图说明
图1：本发明所述4种空穴传输材料薄膜的紫外-可见吸收光谱性质图；
图2：本发明所述4种空穴传输材料的TGA曲线图；
图3：本发明所述4种空穴传输材料的循环伏安曲线图；
图4：本发明4种材料作为空穴传输层制成的钙钛矿太阳能电池器件的结构图。
图5：本发明4种材料作为空穴传输层制成的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图。
具体实施方式
实施实例1：MC6Cz-TPA的合成；
取2，7-二溴-4-己基咔唑-9，9-二芳基芴(1.14g，1.6mmol，1equiv)、4-硼酸三苯胺(1.6g，5.4mmol，3.5equiv)溶于25ml干燥鼓泡充满N2的四氢呋喃、10ml碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合溶剂中，然后加入80mg钯催化剂四三苯基膦钯，避光充放N2，在85℃下反应24h后用二氯甲烷萃取，之后干燥旋蒸用石油醚∶二氯甲烷＝6∶1硅胶柱纯化，得到粉末状固体，产率(53％)
实施实例2：MC8-TPA的合成；
取2，7-二溴-4-辛氧基-9，9-二芳基芴(1g，1.6mmol，1equiv)、4-硼酸三苯胺(1.6g，5.4mmol，3.5equiv)溶于25ml干燥鼓泡充满N2的四氢呋喃、10ml碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合溶剂中，然后加入80mg钯催化剂四三苯基膦钯，避光充放N2，在85℃下反应24h后用二氯甲烷萃取，之后干燥旋蒸用石油醚∶二氯甲烷＝6∶1硅胶柱纯化，得到粉末状固体，产率(48％)
实施实例3：MC6Cz-9-NPC的合成；
取2，7-二溴-4-己基咔唑-9，9-二芳基芴(1.2g，1.6mmol，1equiv)、9-(4-硼酸频哪醇酯苯基)咔唑(2.4g，6.5mmol，4equiv)溶于25ml干燥鼓泡充满N2的四氢呋喃、10ml碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合溶剂中，然后加入80mg钯催化剂四三苯基膦钯，避光充放N2，在85℃下反应24h后用二氯甲烷萃取，之后干燥旋蒸用石油醚∶二氯甲烷＝6∶1硅胶柱纯化，得到粉末状固体，产率(56％)
实施实例4：MC8-9-NPC的合成；
取2，7-二溴-4-辛氧基-9，9-二芳基芴(1.2g，2mmol，1equiv)、9-(4-硼酸频哪醇酯苯基)咔唑(3g，8mmol，4equiv)溶于25ml干燥鼓泡充满N2的四氢呋喃、10ml碳酸钾水溶液(2mol/L)的混合溶剂中，然后加入80mg钯催化剂四三苯基膦钯，避光充放N2，在85℃下反应24h后用二氯甲烷萃取，之后干燥旋蒸用石油醚∶二氯甲烷＝6∶1硅胶柱纯化，得到粉末状固体，产率(54％)
实施实例5：芴基三聚体材料光物理性质的测定；
a)紫外可见吸收光谱：所有材料的吸收光谱(薄膜)均采用岛津(Shimadzu)UV-3600紫外可见光谱仪进行测定。测试样品配制浓度为1×10-3mol L-1的甲苯溶液，其中，薄膜制备使用的仪器为中国科学院微电子研究所研发的KW-4A型旋涂仪；
a)荧光发射光谱：所有材料的荧光发射光谱(薄膜)测试均采用Hitachi F-4600光谱仪，测试样品配制浓度为1×10-5mol L-1的甲苯溶液，激发波长为紫外可见吸收光谱的最大波长。其中，薄膜制备使用的仪器为中国科学院微电子研究所研发的KW-4A型旋涂仪。
实施实例6：芴基三聚体材料电化学性质的测定；
9，9-二芳基芴类三聚体材料的电化学性质是用电化学循环伏安法(CV)来测定的，实验仪器是辰华CHI660E电化学工作站，该仪器采用的是三电极体系，包括玻碳工作电极、Ag/Cl参比电极以及铂丝对电极。电化学测定使用的溶剂一般为干燥的乙腈，电解质为六氟磷四丁基铵(Bu4NPF6)，浓度是0.1M；测试环境需要氮气保护。仪器扫描的速率是0.05V/s，基准物为二茂铁(FOC)，分别通过测量氧化和还原过程的开始电压计算该材料的HOMO和LUMO能级。
实施实例7：芴基三聚体材料热力学稳定性的测定；
热重(TGA)测试：TGA图谱测试于Shimadzu DTG-60H热重仪，在氮气保护条件下，升温速率为10℃/min，同时保护气流氮气的流速为40cm3/min，材料重量发生变化直至达到恒重状态。
实施实例8：钙钛矿太阳能电池器件的制备；
将本发明所述的9，9-二芳基芴类三聚体材料作为空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池器件，其结构为：ITO玻璃基片/空穴传输层/钙钛矿层/电子传输层/LiF/金属电极Al，其中空穴传输层采用本发明所述的9，9-二芳基芴类三聚体材料制成，钙钛矿层作为吸光层。
所述钙钛矿太阳能电池器件的制作程序：
1)清洗：首先用洗涤剂清洗ITO玻璃基片的表面附着的灰尘等污染物，然后用乙醇和丙酮超声以除去有机污染物，再用超纯水冲洗三次，洗净的ITO玻璃基片用氮气吹干，再用紫外线-臭氧处理30min，保证其表面干净、清洁；
2)空穴传输层的制备：将本发明所述材料(10mg)溶于1ml甲苯溶剂中，然后以2000rpm的速度在空气中旋涂40s，将旋好的薄膜放在手套箱中静置2h，待溶剂自然挥发干后，再将配好的钙钛矿溶液旋涂在传输层上。
3)制备钙钛矿层：分别称取461mgPbI2和159mgCH3NH3I溶于DMSO：DMF(1∶4，v/v)，60℃下搅拌1h，然后将共混溶液旋涂在空穴传输层表面(4000rpm，30s)，在第二次旋涂前将250μL的氯苯滴在表面淋洗，然后100℃下退火1h，制得所需钙钛矿层。
4)电子传输层的制备：称取18mg富勒烯衍生PC61BM溶于1mL氯苯溶液，60℃下搅拌12h，然后将其用滤头过滤并旋涂在钙钛矿层上(1000rpm，60s)。
5)电极蒸镀：将旋涂好的ITO玻璃片置于真空蒸镀室，通过真空蒸镀法分别将电子传输层LiF(0.8nm)和金属电极Al(100nm)蒸镀在电子传输层表面，制得所需钙钛矿太阳能电池器件。
Claims (4)
1.一类新型可溶液加工的可用于钙钛矿太阳能电池空穴传输层的9，9-二芳基芴类三聚体材料，其结构特点在于：芴的9号位是二芳基取代基团，芴的4号位是通过醚键相连的辛基取代基团或9-N-己基咔唑，所述材料结构特征如下：
其中：R为辛基取代基或9-N-己基咔唑，具体为下列结构中的一种：
Ar为三苯胺或9-N苯基咔唑供电子基团，具体为下列结构中的一种：
2.一种如权利1所述的一类新型可溶液加工的可用于钙钛矿太阳能电池空穴传输层的9，9-二芳基芴类三聚体的制备方法，其特征在于：主要结构单元与取代基团可通过Suzuki耦合反应制备，具体反应步骤：
其中：R为辛基取代基或9-N-己基咔唑，具体为下列结构中的一种：
Ar为三苯胺或9-N苯基咔唑供电子基团，具体为下列结构中的一种：
将2，7-溴-二芳基芴单体(1equiv)分别与4-硼酸三苯胺(2.5equiv)或9-(4-硼酸频哪醇酯苯基)咔唑(2.5equiv)溶于25mL四氢呋喃为溶剂，然后加入碳酸钾水溶液(2ml，2M)，以四三苯基膦钯(70mg)为催化剂，在氮气保护的条件下反应24h制备获得。
3.一种如权利1所述的9，9-二芳基芴类三聚体材料应用于钙钛矿太阳能电池器件，其中空穴传输层采用权利要求1所述的9，9-二芳基芴类三聚体材料制成，器件结构为ITO/空穴传输层/钙钛矿层/电子传输层/LiF/金属电极Al。其中空穴传输层采用权利要求1所述的9，9-二芳基芴类三聚体材料制成。
4.一种如权力1所述9，9-二芳基芴类三聚体材料作为钙钛矿太阳能电池空穴传输层的制备方法，其特征在于该类材料不需要经过退火过程，在手套箱中使溶剂自然挥发，具体步骤如下：
将权力1所述材料(10mg)溶于1ml甲苯溶剂中，然后以2000rpm的速度在空气中旋涂40s，将旋好的薄膜放在手套箱中静置2h，待溶剂自然挥发干后，再将配好的钙钛矿溶液旋涂在传输层上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711029801.0A CN107721906A (zh) | 2017-10-23 | 2017-10-23 | 一类新型可溶液加工的9，9－二芳基芴类三聚体空穴传输材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711029801.0A CN107721906A (zh) | 2017-10-23 | 2017-10-23 | 一类新型可溶液加工的9，9－二芳基芴类三聚体空穴传输材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107721906A true CN107721906A (zh) | 2018-02-23 |
Family
ID=61203146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711029801.0A Pending CN107721906A (zh) | 2017-10-23 | 2017-10-23 | 一类新型可溶液加工的9，9－二芳基芴类三聚体空穴传输材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107721906A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110518125A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-11-29 | 北京科技大学 | 一种阳离子掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
| CN113549169A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-10-26 | 南京工业大学 | 一种苯基芴胺类聚合物空穴传输材料及其制备方法和应用 |
| CN113903862A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-01-07 | 苏州大学 | 基于苯硼酸衍生物修饰的SnO2钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
-
2017
- 2017-10-23 CN CN201711029801.0A patent/CN107721906A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110518125A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-11-29 | 北京科技大学 | 一种阳离子掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
| CN113549169A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-10-26 | 南京工业大学 | 一种苯基芴胺类聚合物空穴传输材料及其制备方法和应用 |
| CN113903862A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-01-07 | 苏州大学 | 基于苯硼酸衍生物修饰的SnO2钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
| CN113903862B (zh) * | 2021-09-01 | 2023-08-08 | 苏州大学 | 基于苯硼酸衍生物修饰的SnO2钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102906152B (zh) | 含芴、蒽和苯并噻二唑单元的聚合物及其制备方法和应用 | |
| JP5665992B2 (ja) | ベンゾジチオフェン有機半導体材料、及び、その調合法 | |
| CN108864137B (zh) | 一种受体化合物、制备方法、用途以及含有其的光伏电池 | |
| CN112375079B (zh) | 一类基于萘二酰亚胺单元衍生物的小分子受体材料及制备方法与应用 | |
| CN105753851B (zh) | 四氟化苯并喹喔啉化合物与四氟化苯并喹喔啉基聚合物及其制备方法和应用 | |
| CN109776449A (zh) | 一种以吩噻嗪二氧化物为核心结构的空穴传输材料及其合成方法和应用 | |
| EP2562197A1 (en) | Copolymer comprising anthracene and benzoselenadiazole, preparing method and uses thereof | |
| CN102229565A (zh) | 螺芴二苯并吖啶类有机半导体材料及其制备和应用方法 | |
| CN101787020A (zh) | 一种可溶液加工的有机共轭分子及在太阳能电池中的应用 | |
| CN107721906A (zh) | 一类新型可溶液加工的9，9－二芳基芴类三聚体空穴传输材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用 | |
| CN112300200A (zh) | 一种a-d-a型结构有机小分子光伏材料 | |
| CN103403907A (zh) | 有机光电转换元件的制造方法 | |
| CN106410042B (zh) | 有机太阳能电池给体材料、有机太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102686636A (zh) | 含芴共轭聚合物、其制备方法和太阳能电池器件 | |
| CN114507232A (zh) | 苝酰亚胺季铵盐型太阳能电池电子传输层材料及其制备及应用 | |
| CN112661940B (zh) | 基于噻吩并噻二唑的n型水/醇溶共轭聚电解质及其制备与应用 | |
| CN102295641A (zh) | 基于三苯胺-苯并噻二唑的星型三维共轭分子及其制备方法和应用 | |
| CN103153953A (zh) | 一种有机半导体材料及其制备方法和应用 | |
| CN102770476A (zh) | 含喹喔啉单元卟啉共聚物及其制备方法和应用 | |
| Su et al. | Benzothiadiazole-oligothiophene flanked dicyanomethylenated quinacridone for non-fullerene acceptors in polymer solar cells | |
| CN108148182A (zh) | 一种基于环酰亚胺稠合苯并噻二唑的共轭化合物及其制备方法和应用 | |
| CN110407860B (zh) | 一类含硼碳烷的稠环化合物及其制备方法与应用 | |
| CN110003245B (zh) | 一类烷基/硫烷基氮杂芳环末端的D(A-Ar)2型共轭化合物及其制备方法与应用 | |
| CN102827185A (zh) | 基于三苯胺－噻吩酰亚胺的d-a-d共轭分子及其制备方法和应用 | |
| CN103848969B (zh) | 一种含噻唑并噻唑-二苯并噻吩苯并二噻吩聚合物及其制备与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180223 |