一种空穴传输材料及太阳能电池的制作方法

本发明涉及太阳能电池，具体为一种空穴传输材料及太阳能电池。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池的典型结构由3部分组成：

2、①用于吸光的钙钛矿层：其中激子产生并分离成电子和空穴；

3、②载流子传输层，包括电子传输层（将电子从钙钛矿层提取并传输到阴极）以及空穴传输层（将空穴从钙钛矿层提取并传输到阳极）；

4、③电极，包括阳极和阴极，主要由ito、fto以及金属（金、银）等构成。

5、空穴传输层将钙钛矿层产生的空穴传输到阳极，是一种有选择性的高速率传输空穴的材料，性能好的空穴传输材料能够单一地传输空穴并阻挡电子。目前空穴传输材料主要有无机、高分子聚合物以及有机小分子三大类。其中，有机小分子由于设计灵活、能级易于调控且易溶于有机溶剂、便于器件的加工而受到广泛关注。

6、2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（spiro-ometad）是应用于钙钛矿太阳能电池最成功的芳胺类空穴传输材料，但其空穴迁移率和导电率都比较低，需要加入p型锂盐及4-叔丁基吡啶（tbp）等掺杂剂来提高其空穴迁移率，而该类添加剂会腐蚀钙钛矿层，影响太阳能电池使用寿命。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种空穴传输材料及太阳能电池。

2、所采用的技术方案如下：

3、一种空穴传输材料，其结构式如下式ⅰ所示：

4、；

5、式ⅰ中r1为锌、铜、铁或镍中的任意一种；

6、r2为式ⅱ基团；

7、；

8、ar1、ar2、ar3、ar4各自独立的为取代或未取代的c6-c60芳香族或其衍生物基团；

9、取代基选自氘、甲氧基、甲硫基、c1-c6烷基、c1-c6氘代烷基、c1-c6卤代烷基、c3-c10环烷基、c3-c10氘代环烷基、c3-c10卤代环烷基、c6-c60芳香族基团、c6-c60氘代芳香族基团或c6-c60卤代芳香族基团中的一种或一种以上。

10、进一步地，ar1、ar2、ar3、ar4各自独立的为取代或未取代的苯基、联苯基、蒽基、萘基、菲基、咔唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、9,9-二甲基芴基、9,9-二苯基芴基、9,9'-螺二芴基；

11、取代基选自氘、甲氧基、甲硫基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、苯基、联苯基。

12、进一步地，ar1、ar2、ar3、ar4各自独立的为以下基团：

13、；

14、进一步地，r1为锌。

15、进一步地，所述空穴传输材料，具体为以下化合物中的任意一种或多种：

16、；

17、；

18、。

19、进一步地，所述空穴传输材料的制备方法如下：

20、将化合物a与化合物b溶于thf中，再依次加入碳酸钾、四（三苯基膦）钯，加热至回流反应，得到化合物c，在于保护性气体氛围下，将化合物c与金属有机盐在dmf中加热至120-140℃反应，即得到所述空穴传输材料；

21、

22、；

23、所述金属有机盐为醋酸锌、醋酸铜、醋酸铁或醋酸镍中的任意一种。

24、本发明还提供了一种太阳能电池，包括fto层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极层，所述空穴传输层包括上述的空穴传输材料。

25、进一步地，所述电子传输层为sno2、tio2、zno中的任意一种或多种组合。

26、进一步地，所述钙钛矿层包括ch3nh3pbi3、ch(nh2)2pbi3、ch3ch2nh3pbi3中的任意一种或多种组合。

27、进一步地，所述太阳能电池的制备方法如下：

28、s1：利用旋涂法在所述fto层上生成所述电子传输层；

29、s2：利用旋涂法在所述电子传输层上生成钙钛矿层；

30、s3：将所述空穴传输材料溶解于氯苯中得到前驱体溶液，取前驱体溶液滴加至钙钛矿层表面，以3000-5000rpm的转速旋涂30-50s后于加热板上120-150℃退火10-30min得到空穴传输层；

31、s4：最后再于所述空穴传输层上生成金属电极层，即可获得所述太阳能电池。

32、本发明的有益效果：

33、本发明提供了一种空穴传输材料，具有更强的卟啉分子间作用力，使得空穴传输层分子排列更加有序，从而有效提升了电荷传输性能，不需要额外再加入掺杂剂来提高其空穴迁移率，避免了掺杂剂对钙钛矿层的腐蚀，并且具有良好的空穴传输性能以及电子阻挡性能，有利于空穴的有效的选择性传输，成膜性能良好，能够有效实现钙钛矿层与空穴传输层良好的界面接触，所制备的太阳能电池具有良好的光电性能。

技术特征：

1.一种空穴传输材料，其特征在于，其结构式如下式ⅰ所示：

2.如权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，具体为以下化合物中的任意一种或多种：

3.如权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，其制备方法如下：

4.一种太阳能电池，其特征在于，包括fto层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极层，所述空穴传输层包括权利要求1-3中任一项所述的空穴传输材料。

5.如权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为sno2、tio2、zno中的任意一种或多种组合。

6.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿层包括ch3nh3pbi3、ch(nh2)2pbi3、ch3ch2nh3pbi3中的任意一种或多种组合。

7.如权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池的制备方法如下：

技术总结
发明涉及太阳能电池技术领域，具体为一种空穴传输材料及太阳能电池，其结构式如下式Ⅰ所示：式Ⅰ中R<subgt;1</subgt;为锌、铜、铁或镍中的任意一种；R<subgt;2</subgt;为式Ⅱ基团：Ar<subgt;1</subgt;、Ar<subgt;2</subgt;、Ar<subgt;3</subgt;、Ar<subgt;4</subgt;各自独立的为取代或未取代的C<subgt;6</subgt;‑C<subgt;60</subgt;芳香族或其衍生物基团，使用本发明空穴传输材料作为空穴传输层所制备的太阳能电池具有良好的光电性能。

技术研发人员：邬远林,刘珍,罗四龙
受保护的技术使用者：湖南牛晶科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14