CN115340520B - 一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料及其制备与应用 - Google Patents

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Abstract

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***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***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。

Description

一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料及其制备与应用
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。
优选的，所述S1中甲氧基苯胺、2-氯-4-溴苯甲醚、叔丁醇钠、甲苯、三叔丁基膦四氟硼酸盐和三二亚苄基丙酮二钯的质量比为1：1.5-2：1-1.8：12-15-0.05-0.1；所述甲苯为无水甲苯，在氮气氛围下将反应体系升温至80℃，整个反应体系在120℃下进行回流反应10h，粗产物使用层析柱分离纯化；所述层析柱分离纯化，溶剂采用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂。
优选的，所述S2中中间体A、2,7-二溴螺[芴-9,9-氧杂蒽]、叔丁醇钠、甲苯、三叔丁基膦四氟硼酸盐和三二亚苄基丙酮二钯的质量比为1-1.5：1：0.2-0.4：12-15：0.01-0.06：0.05-0.1；所述甲苯为无水甲苯，在氮气氛围下将反应体系升温至80℃，整个反应体系在120℃下进行回流反应10h，粗产物使用层析柱分离纯化；所述层析柱分离纯化，溶剂采用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂。
本发明所述空穴传输材料制备方法合成路线如下：
本发明的再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应用。
本发明所述空穴传输材料的应用为制备小迟滞钙钛矿太阳能电池。空穴传输材料是提升钙钛矿太阳能电池性能的关键组成之一，本发明空穴传输材料既能起到传输空穴迁移作用又能起到抑制离子迁移的作用，省略掉界面修饰层获得小迟滞钙钛矿太阳能电池。
本发明所述小迟滞钙钛矿太阳能电池制备方法具体步骤如下：
S1、制备透明导电基底：首先用洗涤剂清洗导电玻璃基底表面附着的灰尘和污染物，然后依次用超纯水、异丙醇和乙醇超声清洗以除去有机污染物；洗净的导电玻璃基底用氮气吹干，随后再对其进行紫外线-臭氧处理，保证其表面干净、清洁；
S2、制备电子传输层：将SnO2胶体溶液与去离子水配制成溶液A，在S1制备的透明导电基底上旋涂，然后在加热板上进行退火处理；
S3、制备钙钛矿层：将碘化铅和碘化铯溶解于N,N-二甲基甲酰胺和无水二甲基亚砜的混合溶剂中得到溶液B，将溶液B在S2制备的电子传输层上旋涂，并在氮气手套箱中退火处理，在氮手套箱中将基材冷却至室温后，再用混合的有机阳离子溶液旋转涂，然后在空气中退火处理；
S4、制备空穴传输层：将化合物I溶于氯苯溶液中，再依次加入4-叔丁基吡啶和双三氟甲磺酰亚胺锂得到溶液C，将溶液C在S3制备的钙钛矿层表面旋涂；
S5、制备金属电极：将银(Ag)电极沉积于S4制备的空穴传输层表面。
优选的，所述S1中依次用超纯水、异丙醇和乙醇超声清洗20min，紫外线-臭氧处理15min；所述S2中SnO2胶体溶液与去离子水体积比为1：2，以4000rpm的转速在S1制备的透明导电基底上旋涂20s，在150℃的加热板上进行退火处理30min。
优选的，所述S3中所述碘化铅、碘化铯、N,N-二甲基甲酰胺和无水二甲基亚砜体的质量比为0.5-1：0.01-0.05：0.5-1：0.05-0.2；所述溶液B在电子传输层上以4000rpm的转速旋涂30s，在70℃的氮气手套箱中退火处理1min；所述有机阳离子溶液为碘化甲脒、氯化甲胺、溴化甲胺和碘化甲胺溶解在异丙醇中，所述碘化甲脒、氯化甲胺、溴化甲胺、碘化甲胺和异丙醇的质量比为10-15：1-2：0.5-1：0.5-2：150-160；所述有机阳离子溶液在2300rpm的转速下旋转涂30s，然后在150℃的空气中退火处理15min；所述S4中化合物I与氯苯溶液的质量比为35-40：1，每毫升氯苯溶液中4-叔丁基吡啶加入量为29μl，双三氟甲磺酰亚胺锂加入量为17.5μl，将溶液C以2500-4500rpm的速度旋涂30s。
优选的，所述S5中银(Ag)电极通过热蒸发沉积法沉积，沉积厚度为90nm。
本发明所具有的有益效果如下：
本发明提供了一种化合物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***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。本发明在化合物I的***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。利用化合物I制备高效的小迟滞钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料，既能起到传输空穴迁移作用又能起到抑制离子迁移的作用，制备工艺简单、原料易得且价格低廉。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。同时，良好的疏水性，有利于提高器件的稳定性；增强的界面钝化能力有利于减小器件的迟滞，显示出可忽略不计的J-V迟滞。利用本发明空穴传输材料可省略掉常规钙钛矿太阳能电池的界面修饰层，将器件制造操作简化，非常适宜工业化大规模生产。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例化合物I的循环伏安曲线图；
图2是本发明实施例化合物I的空穴传输测试图；
图3是本发明实施例化合物I的差示扫描量热分析图；
图4是本发明实施例化合物I的热重分析图；
图5是本发明实施例钙钛矿的水接触角测试图；
图6是本发明实施例化合物I的水接触角测试图；
图7是本发明实施例化合物I作为空穴传输材料制备的钙钛矿太阳能电池的器件结构图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料，所述空穴传输材料为化合物I，其化学结构式如下：
本发明一种小迟滞钙钛矿电池的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(1.5g,12.18mmol)、2-氯-4-溴苯甲醚(2.97g,13.4mmol)和叔丁醇钠(2.33g,24.36mmol)依次溶于30ml无水甲苯中，搅拌均匀，在氮气氛围下将反应体系升温至80℃，再加入三叔丁基膦四氟硼酸盐(222.29mg,0.24mmol)和三二亚苄基丙酮二钯(104mg，0.36mmol)，将整个反应体系进行120℃下回流反应10h，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，将粗产物使用层析柱分离纯化，层析柱溶剂采用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂，得到黄色液体的中间体A(2,44g,产率76％)。1H NMR(600MHz,DMSO)δ(ppm):7.69(s,1H),7.01–6.93(m,4H),6.88–6.83(m,3H),3.76(s,3H),3.70(s,3H).MALDI-TOF:m/z[M]+cacld.C14H14ClNO2,263.0688；found:263.0688。
S2.将S1中得到的中间体A(656mg,2.49mmol)、2,7-二溴螺[芴-9,9-氧杂蒽](1g,2.04mmol)和叔丁醇钠(489.6mg,5.1mmol)依次溶于20ml无水甲苯中，搅拌均匀，在氮气氛围下将反应体系升温至80℃，再加入三叔丁基膦四氟硼酸盐(56.16mg，0.2mmol)和三二亚苄基丙酮二钯(74.66mg,0.08mmol)，将整个反应体系进行120℃下回流反应10h，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，将粗产物使用层析柱分离纯化，层析柱溶剂采用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂，得到黄色粉末的化合物I(1.26g,产率72％)。1H NMR(600MHz,DMSO)δ(ppm):7.64(d,J＝8.3Hz,2H),7.27–7.23(m,2H),7.15(dd,J＝7.8,1.2Hz,2H),6.98–6.93(m,4H),6.92–6.88(m,6H),6.83–6.79(m,6H),6.76(dd,J＝8.4,1.8Hz,2H),6.57(d,J＝2.2Hz,2H),6.49(dd,J＝7.8,1.8Hz,2H),3.77(s,6H),3.70(s,6H).13C NMR(101MHz,DMSO-d6)δ(ppm):156.52,154.80,151.08,150.88,147.77,141.18,139.74,132.96,129.21,127.31,125.31,124.82,124.07,123.94,121.75,121.16,117.31,116.97,115.43,113.99,56.60,55.63.MALDI-TOF:m/z[M]+cacld.C53H40Cl2N2O5,855.2336；found:855.2336。
对化合物I光物理性质的测定：
配制化合物I的氯苯溶液，采用美国Hitachi公司U-3900对化合物的溶液进行吸收光谱测定。测得溶液状态下化合物I的吸收峰位于390nm处，光学带隙为2.90eV。
对化合物I电化学性质的测定：
化合物的电化学性质是使用电化学循环伏安法(CV)来测定的，实验仪器是瑞士AutolabPGSTAT30电化学工作站，该仪器采用的是三电极体系。测试时使用的溶剂一般为氯苯，电解质为四丁基高氯酸铵(TBAP)，浓度是0.1M；测试环境需要氮气保护。仪器扫描的速率是100mV S-1，基准物为二茂铁，分别通过测量第一氧化峰的电压以及紫外吸收光谱中的吸收边缘位置来共同计算该材料的HOMO能级和LUMO能级。如图1所示测得化合物I的最高分子占据轨道(HOMO)能级分别为-5.18eV，最低占据分子轨道(LUMO)能级分别为-2.28eV。
对化合物I空穴迁移率的测定：
化合物的空穴迁移率是以ITO/PEDOT:PSS(40nm)/HTM(60nm)/MoO3(5nm)/Al(80nm)结构为仅空穴器件，通过使用空间电荷限制电流法(SCLC)进行测试，空穴迁移率测试表征化合物的空穴传输能力，空穴迁移率越高，空穴传输能力越好。如图2所示测试得到化合物I的空穴迁移率为1.6×10-4cm2 V-1S-1。
对化合物I热力学稳定性的测定：
差示扫描量热法(DSC)测试：DSC图谱测试使用美国TA公司DSC Q2000差热仪，在氮气保护条件下，升温速率为10℃/min，降温速率为20℃/min。
热重分析(TGA)测试：TGA图谱测试使用德国耐驰209F3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30ml/min，材料重量发生变化直至达到恒重状态。
通过DSC和TGA测试化合物I的热稳定性，如图3所示化合物I玻璃化转变温度为113℃，有利于形成具有长期形态保持的均匀薄膜。如图4所示化合物Ⅰ的TGA测试，化合物I热分解温度为383℃。由DSC和TGA测试可知所制备的化合物具有良好的热稳定性，有利于提高器件的稳定性。
对化合物I疏水性的测定：
如图5-6所示疏水性测试可以得出化合物的水接触角，水接触角越大，疏水性越好，可以有效地阻挡湿气与钙钛矿直接相接触，有利于提高器件的稳定性。
化合物I光伏表征如下表所示：
本发明提供一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料的应用为制备一种小迟滞钙钛矿太阳能电池。太阳能电池器件主要包括：透明导电基底(ITO玻璃基底)、电子传输层(SnO2层)、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极。其中，电子传输层(SnO2层)作为电子传输层，钙钛矿层作为吸光层。其结构图如图7所示。
本发明所述小迟滞钙钛矿太阳能电池制备方法具体步骤如下：
S1、制备透明导电基底：首先用洗涤剂清洗导电玻璃基底表面附着的灰尘和污染物，然后依次用超纯水、异丙醇和乙醇超声清洗20min以除去有机污染物；洗净的导电玻璃基底用氮气吹干，随后再对其进行15min的紫外线-臭氧处理，保证其表面干净、清洁；
S2、制备电子传输层：将SnO2胶体溶液与去离子水按照体积比1：2配制成溶液A，以4000rpm的转速在S1制备的透明导电基底上旋涂20s，然后在150℃的加热板上进行退火处理30min；
S3、制备钙钛矿层：将碘化铅(691.5mg)和碘化铯(19.5mg)溶解于N,N-二甲基甲酰胺(0.9ml)和无水二甲基亚砜(0.1ml)的混合溶剂中得到溶液B，将溶液B在S2制备的电子传输层上以4000rpm的转速旋涂30s，并在70℃的氮气手套箱中退火处理1min，在氮手套箱中将基材冷却至室温后，再用混合的有机阳离子溶液(碘化甲脒(118.6mg)、氯化甲胺(18mg)、溴化甲胺(5.6mg)和碘化甲胺(10mg)溶解在异丙醇(2ml)中)在2300rpm的转速下旋转涂30s，然后在150℃的空气中退火处理15min；
S4、制备空穴传输层：将化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再依次加入4-叔丁基吡啶(29μl ml-1)和双三氟甲磺酰亚胺锂(17.5μl ml-1)得到溶液C，将溶液C在S3制备的钙钛矿层表面以2500-4500rpm的速度旋涂30s；
S5、制备金属电极：将银(Ag)电极通过热蒸发沉积法沉积于S4制备的空穴传输层表面，沉积厚度为90nm。
太阳能电池J-V特性测定：
基于化合物I的钙钛矿太阳能电池的光伏性能测试是在标准太阳光辐射下测试其J-V曲线。如图7所示J-V曲线可以测试得出电池的四个性能参数，开路电压(VOC)、短路电流(JSC)、填充因子(FF)以及光电转换效率(PCE)，通过这四个性能参数可以看出电池光伏性能的好与坏；并通过标准硅基太阳能电池进行校准。
填充因子(HI)：
HI是用于量化钙钛矿太阳能电池迟滞性的重要指标，表现出正向扫描与反向扫描效率之间的差异。更小的HI表明钙钛矿太阳能电池具有更小的迟滞效应，可以更准确的评估真实的光伏参数。
实施例1：
取化化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再向其依次加入29μlml-14-叔丁基吡和17.5μl ml-1的双(三氟甲磺酰亚胺)锂，随后在钙钛矿表面以2500rpm的速度旋涂30s制备空穴传输层。将制备好的钙钛矿太阳能电池以50mV/s的速率进行正向和反向J-V曲线扫描。
实施例2：
取化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再向其依次加入29μlml-14-叔丁基吡和17.5μl ml-1的双(三氟甲磺酰亚胺)锂，随后在钙钛矿表面以3000rpm的速度旋涂30s制备空穴传输层。将制备好的钙钛矿太阳能电池以50mV/s的速率进行正向和反向J-V曲线扫描。
实施例3：
取化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再向其依次加入29μl ml-14-叔丁基吡和17.5μlml-1的双(三氟甲磺酰亚胺)锂，随后在钙钛矿表面以3500rpm的速度旋涂30s制备空穴传输层。将制备好的钙钛矿太阳能电池以50mV/s的速率进行正向和反向J-V曲线扫描。
实施例4：
取化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再向其依次加入29μlml-14-叔丁基吡和17.5μl ml-1的双(三氟甲磺酰亚胺)锂，随后在钙钛矿表面以4000rpm的速度旋涂30s制备空穴传输层。将制备好的钙钛矿太阳能电池以50mV/s的速率进行正向和反向J-V曲线扫描。
实施例5：
取化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再向其依次加入29μlml-14-叔丁基吡和17.5μl ml-1的双(三氟甲磺酰亚胺)锂，随后在钙钛矿表面以4500rpm的速度旋涂30s制备空穴传输层。将制备好的钙钛矿太阳能电池以50mV/s的速率进行正向和反向J-V曲线扫描。
实施例6：
取化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再向其依次加入29μlml-14-叔丁基吡和17.5μl ml-1的双(三氟甲磺酰亚胺)锂，随后在钙钛矿表面以2500rpm的速度旋涂30s制备空穴传输层。将制备好的钙钛矿太阳能电池以100mV/s的速率进行正向和反向J-V曲线扫描。
实施例7：
取化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再向其依次加入29μlml-14-叔丁基吡和17.5μl ml-1的双(三氟甲磺酰亚胺)锂，随后在钙钛矿表面以3000rpm的速度旋涂30s制备空穴传输层。将制备好的钙钛矿太阳能电池以100mV/s的速率进行正向和反向J-V曲线扫描。
实施例8：
取化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再向其依次加入29μlml-14-叔丁基吡和17.5μl ml-1的双(三氟甲磺酰亚胺)锂，随后在钙钛矿表面以3500rpm的速度旋涂30s制备空穴传输层。将制备好的钙钛矿太阳能电池以100mV/s的速率进行正向和反向J-V曲线扫描。
实施例9：
取化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再向其依次加入29μlml-14-叔丁基吡和17.5μl ml-1的双(三氟甲磺酰亚胺)锂，随后在钙钛矿表面以4000rpm的速度旋涂30s制备空穴传输层。将制备好的钙钛矿太阳能电池以100mV/s的速率进行正向和反向J-V曲线扫描。
实施例10：
取化合物I(41.84mg)溶于氯苯溶液(1ml)中，再向其依次加入29μlml-14-叔丁基吡和17.5μl ml-1的双(三氟甲磺酰亚胺)锂，随后在钙钛矿表面以4500rpm的速度旋涂30s制备空穴传输层。将制备好的钙钛矿太阳能电池以100mV/s的速率进行正向和反向J-V曲线扫描。
实施例1-10测得的光伏参数下表1中所示，化合物I基器件的平均迟滞因子仅为0.90％，且最小的迟滞因子降低至0.07％，表明利用化合物I制备了一种小迟滞钙钛矿太阳能电池。
以上所述仅为本发明优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明还可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料，其特征在于：所述空穴传输材料为化合物I，其化学结构式如下：
。
2.如权利要求1所述的一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料的制备方法，其特征在于：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。
3.根据权利要求2所述的一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料的制备方法，其特征在于：所述S2中中间体A、2,7-二溴螺[芴-9,9-氧杂蒽]、叔丁醇钠、甲苯、三叔丁基膦四氟硼酸盐和三二亚苄基丙酮二钯的质量比为1-1.5：1：0.2-0.4：12-15：0.01-0.06：0.05-0.1；所述甲苯为无水甲苯，在氮气氛围下将反应体系升温至80 °C，整个反应体系在120 °C下进行回流反应10 h，粗产物使用层析柱分离纯化；所述层析柱分离纯化，溶剂采用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂。
4.根据权利要求2所述的一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料的制备方法，其特征在于：所述空穴传输材料制备方法合成路线如下：
。
5.如权利要求1所述的一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料的应用，其特征在于：所述空穴传输材料的应用为制备一种小迟滞钙钛矿太阳能电池。
6.根据权利要求5所述的一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料的应用，其特征在于：所述小迟滞钙钛矿太阳能电池制备方法具体步骤如下：
S1、制备透明导电基底：首先用洗涤剂清洗导电玻璃基底表面附着的灰尘和污染物，然后依次用超纯水、异丙醇和乙醇超声清洗；洗净的导电玻璃基底用氮气吹干，随后再对其进行紫外线-臭氧处理；
S2、制备电子传输层：将SnO2胶体溶液与去离子水配制成溶液A，在S1制备的透明导电基底上旋涂，然后在加热板上进行退火处理；
S3、制备钙钛矿层：将碘化铅和碘化铯溶解于N,N-二甲基甲酰胺和无水二甲基亚砜的混合溶剂中得到溶液B，将溶液B在S2制备的电子传输层上旋涂，并在氮气手套箱中退火处理，在氮手套箱中将基材冷却至室温后，再用混合的有机阳离子溶液旋转涂，然后在空气中退火处理；
S4、制备空穴传输层：将化合物I溶于氯苯溶液中，再依次加入4-叔丁基吡啶和双三氟甲磺酰亚胺锂得到溶液C，将溶液C在S3制备的钙钛矿层表面旋涂；
S5、制备金属电极：将银电极沉积于S4制备的空穴传输层表面。
7.根据权利要求6所述的一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料的应用，其特征在于：所述S1中依次用超纯水、异丙醇和乙醇超声清洗20 min，紫外线-臭氧处理15 min；所述S2中SnO2胶体溶液与去离子水体积比为1：2，以4000 rpm的转速在S1制备的透明导电基底上旋涂20 s，在150 °C的加热板上进行退火处理30 min。
8.根据权利要求6所述的一种小迟滞钙钛矿电池的空穴传输材料的应用，其特征在于：所述S5中银电极通过热蒸发沉积法沉积，沉积厚度为90 nm。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150144487A (ko) * 2014-06-17 2015-12-28 에스에프씨 주식회사 방향족 아민기를 포함하는 신규한 아민 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자
CN105622442A (zh) * 2016-02-23 2016-06-01 中节能万润股份有限公司 一种叔丁基螺二芴类化合物及其制备方法和应用
CN106977491A (zh) * 2017-01-25 2017-07-25 孙立成 螺[芴‑9,9‑氧杂蒽]类空穴传输材料及其应用
CN108299407A (zh) * 2017-12-29 2018-07-20 太原理工大学 基于多硫富瓦烯取代的螺[芴-9,9′-氧杂蒽]衍生物及其制备和应用
CN112707882A (zh) * 2020-12-11 2021-04-27 合肥工业大学 螺[芴-9,9’-氧杂蒽]核空穴传输材料及其制备方法和应用
WO2022038694A1 (ja) * 2020-08-19 2022-02-24 シャープ株式会社 表示装置およびその製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102249277B1 (ko) * 2013-05-15 2021-05-07 에스에프씨 주식회사 유기발광 화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150144487A (ko) * 2014-06-17 2015-12-28 에스에프씨 주식회사 방향족 아민기를 포함하는 신규한 아민 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자
CN105622442A (zh) * 2016-02-23 2016-06-01 中节能万润股份有限公司 一种叔丁基螺二芴类化合物及其制备方法和应用
CN106977491A (zh) * 2017-01-25 2017-07-25 孙立成 螺[芴‑9,9‑氧杂蒽]类空穴传输材料及其应用
CN108299407A (zh) * 2017-12-29 2018-07-20 太原理工大学 基于多硫富瓦烯取代的螺[芴-9,9′-氧杂蒽]衍生物及其制备和应用
WO2022038694A1 (ja) * 2020-08-19 2022-02-24 シャープ株式会社 表示装置およびその製造方法
CN112707882A (zh) * 2020-12-11 2021-04-27 合肥工业大学 螺[芴-9,9’-氧杂蒽]核空穴传输材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kunpeng Guo, et al.. Introduction of Fluorine Into spiro[fluorene-9,90- xanthene]-Based Hole Transport Material to Obtain Sensitive-Dopant-Free, High Efficient and Stable Perovskite Solar Cells.《Sol.RRL》.2019,1800352. *
邹金龙 ; 罗玉峰 ; 肖宗湖 ; 胡云 ; 饶森林 ; 刘绍欢 ; .空穴传输材料在高效钙钛矿太阳能电池中的发展演变.材料导报.2018,(第15期),2542-2554,2570. *

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