一种自组装单分子层空穴传输材料及其应用

本发明涉及钙钛矿太阳能电池，尤其是涉及一种自组装单分子层空穴传输材料及其应用。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池(psc)具有光电转换效率高、调整灵活性高、制备成本低等特点，被应用于光伏发电领域。psc器件结构主要包含正式(n-i-p)型和反式(p-i-n)型。近些年来p-i-n型电池由于具有较好的稳定性、较低的迟滞和温和的制备工艺而发展迅速，具有十分广阔的商业化应用前景。倒置(p-i-n)型psc器件结构主要包括：氧化铟锡(ito)基底、空穴传输层(htl)、钙钛矿活性层、电子传输层和金属电极。其中空穴传输材料不仅在提取和传输空穴中起着决定性作用，还会影响钙钛矿薄膜的形成，因此设计高性能的空穴传输材料对制备高质量器件具有重要意义。

2、自组装单分子层空穴传输材料(sams)是一种能够锚定在ito基底上以实现空穴传输的空穴传输材料，sams材料在实际应用上能够实现合成成本低、用料少和稳定性高等优点。sams在结构单元上分为锚定基团、连接基团和共轭端基三个部分，当前sams的设计主要集中在共轭端基部分，增强共轭端基的平面性和分子间相互作用，以实现高质量的空穴传输。因此设计出结构简单、传输性能好、易于大量合成的sams对实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种自组装单分子层空穴传输材料及其应用，该传输材料基于4h-二噻吩并[3,2-b2',3'-d]吡咯为母核结构，结构简单、传输性能好、易于大量合成，应用于制备钙钛矿太阳能电池，对实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池具有重要意义。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种自组装单分子层空穴传输材料，所述自组装单分子层空穴传输材料是基于4h-二噻吩并[3,2-b2',3'-d]吡咯为母核结构，所述母核的结构式为：

3、

4、所述自组装单分子层空穴传输材料具有如下通式1：

5、

6、优选的，所述通式1中，r1为氢、氰基、醛基、氟基、氯基、溴基、甲基、甲氧基、甲硫基中的一种。

7、优选的，所述通式1中，n取值为1、2、3。

8、优选的，所述通式1的合成步骤为：

9、步骤一：3,3'-二取代-2,2'-联噻吩与苯甲酰胺发生c-n偶联环化反应，生成通式化合物ⅱ；3,3'-二取代-2,2'-联噻吩与苯甲酰胺的摩尔比为1:1.0～1.2，催化剂为碘化亚铜，碘化亚铜的使用当量为3,3'-二取代-2,2'-联噻吩的0.1～0.3摩尔当量，使用的配体为n,n'-二甲基乙二胺，n,n'-二甲基乙二胺的使用当量为碘化亚铜的2倍摩尔当量，使用的无机碱为碳酸钾，碳酸钾的使用当量为3,3'-二取代-2,2'-联噻吩的3倍摩尔当量，反应环境为氮气或氩气环境，温度为甲苯的回流温度，时间为48小时；

10、步骤二：通式化合物ⅱ与2-溴乙基膦酸二乙酯或3-溴丙基膦酸二乙酯或4-溴丁基膦酸二乙酯在nah作碱的条件下发生亲核取代反应，生成通式化合物iii；所述通式化合物ii、2-溴乙基膦酸二乙酯或3-溴丙基膦酸二乙酯或4-溴丁基膦酸二乙酯与nah的摩尔比为1:1.2～1.3：1.1～1.3，反应温度为室温，反应时间控制在11～13h；

11、步骤三：通式化合物iii在超干二氯甲烷或1,4-二氧六环作溶剂，三甲基溴硅烷做水解得到通式1；所述通式化合物iii与三甲基溴硅烷的摩尔比为1:10，反应温度为室温，反应时间控制在11～13h。

12、一种自组装单分子层空穴传输材料的应用，应用于钙钛矿太阳能电池的制备。

13、本发明所述的一种自组装单分子层空穴传输材料及其应用的优点和积极效果是：

14、本发明的传输材料基于4h-二噻吩并[3,2-b2',3'-d]吡咯为母核结构，结构简单、传输性能好、易于大量合成，应用于制备钙钛矿太阳能电池，对实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池具有重要意义。

15、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种自组装单分子层空穴传输材料，其特征在于：所述自组装单分子层空穴传输材料是基于4h-二噻吩并[3,2-b2',3'-d]吡咯为母核结构，所述母核的结构式为：

2.根据权利要求1所述的一种自组装单分子层空穴传输材料，其特征在于：所述通式1中，r1为氢、氰基、醛基、氟基、氯基、溴基、甲基、甲氧基、甲硫基中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种自组装单分子层空穴传输材料，其特征在于：所述通式1中，n取值为1、2、3。

4.根据权利要求1所述的一种自组装单分子层空穴传输材料，其特征在于，所述通式1的合成步骤为：

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种自组装单分子层空穴传输材料的应用，其特征在于：应用于钙钛矿太阳能电池的制备。

技术总结
本发明涉及钙钛矿太阳能电池制备技术领域，具体公开了一种自组装单分子层空穴传输材料及其应用，所述自组装单分子层空穴传输材料是基于4H‑二噻吩并[3,2‑b2',3'‑d]吡咯为母核结构，自组装单分子层空穴传输材料具有通式1，通式1中R1为氢、氰基、醛基、氟基、氯基、溴基、甲基、甲氧基、甲硫基中的一种。本发明采用上述一种自组装单分子层空穴传输材料及其应用，该传输材料基于4H‑二噻吩并[3,2‑b2',3'‑d]吡咯为母核结构，结构简单、传输性能好、易于大量合成，应用于制备钙钛矿太阳能电池，对实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池具有重要意义。

技术研发人员：张飞,郭鸿强
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/17