(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202111176906.5
(22)申请日 2021.10.09
(71)申请人 华中科技大学
地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路
1037号
(72)发明人 李雄 张小茹 曾海鹏 李唯西
赵洋 左欣 李琳
(74)专利代理机构 北京金智普华知识产权代理
有限公司 11401
代理人 张文俊
(51)Int.Cl.
C07D 285/14(2006.01)
C07D 417/04(2006.01)
C07F 9/6541(2006.01)
H01L 51/48(2006.01)
H01L 51/46(2006.01)H01L 51/54(2006.01)H01L 51/50(2006.01)
(54)发明名称
钛矿太阳能电池
(57)摘要
本发明提供了一种有机空穴传输材料及其
制备方法和应用、钙钛矿太阳能电池。有机空穴
传输材料的化学式如下所示：本发明的有机空穴传输
材料，Ar为具有半导体特性的三苯胺衍生物，根
据其给电子及吸电子特性来调整其能级；R 3为π
间隔共轭芳香体系，扩展π‑共轭微调空穴迁移
率和能级，使分子内电子分布更均匀化，同时分
子趋向平面化，
有效调控有机半导体分子堆积行为，进而提高空穴传输能力。R 4为含有氢键供受
体的锚定基团，与电极材料表界面或P型半导体
材料表界面产生化学反应或超分子相互作用。空
穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池中能有效
地增强电极/钙钛矿界面或P型空穴传输层/钙钛
矿界面的载流子传输性能和界面接触稳定性。权利要求书3页 说明书16页 附图24页CN 113979969 A 2022.01.28
C N 113979969
A
1.一种有机空穴传输材料，其特征在于，所述空穴传输材料的化学式如下所示：
其中，Ar为中任一种，R 1、R 2为氢元素，或者为含有杂原子的芳香基团或烷基；
R 3为
中的任一种，其中，n 为0～10之间的正整数；
R 4为‑(C n H 2n )PO 3H 2、‑(C n H 2n )COOH、‑(C n H 2n )SO 3H 2、‑(C n H 2n )Si(OH)3，‑(C n H 2n )B (OH)2，‑(C n H 2n )SH中的任一种，其中，n为0～5之间的正整数。
2.如权利要求1所述的有机空穴传输材料，其特征在于，所述空穴传输材料的化学式如下所示：
其中，Ar为中的任一种；
R为‑PO
3H
2
中的任一种。
3.如权利要求2所述的有机空穴传输材料，其特征在于，所述有机空穴传输材料化学式如P1～P4任一所示：
4.一种如权利要求3所述的有机空穴传输材料的制备方法，其特征在于，所述P1化学式的有机空穴传输材料的制备方法包括以下步骤：
将4,7‑二溴苯并[c][1,2,5]噻二唑和(4‑(二苯氨基)苯基)硼酸在碱性条件下反应，得到第一化合物；
在惰性气体保护下，将第一化合物和5‑醛基‑2‑噻吩硼酸在碱性条件下反应，得到第二化合物；
在惰性气体保护下，将第二化合物和氰基乙酸反应，得到P1化学式的有机空穴传输材料；
所述P2化学式的有机空穴传输材料的制备方法包括以下步骤：
在惰性气体保护下，将第一化合物和4‑甲酰基苯基硼酸在碱性条件下反应，得到第三化合物；
在惰性气体保护下，将第三化合物和氰基乙酸反应，得到P2化学式的有机空穴传输材料；
所述P3化学式的有机空穴传输材料的制备方法包括以下步骤：
在惰性气体保护下，将第一化合物和亚膦酸二乙酯在碱性条件下反应，得到第四化合物；
在惰性气体保护下，将第四化合物和三甲基溴硅烷水解反应，得到P3化学式的有机空
穴传输材料；
所述P4化学式的有机空穴传输材料的制备方法包括以下步骤：
在惰性气体保护下，将4,7‑二溴苯并[c][1,2,5]噻二唑和4‑硼酸酯‑4',4'‑二甲氧基三苯胺在碱性条件下反应，得到第五化合物；
在惰性气体保护下，将第五化合物和亚膦酸二乙酯在碱性条件下反应，得到第六化合物；
在惰性气体保护下，将第六化合物和三甲基溴硅烷水解反应，得到P4化学式的有机空穴传输材料。
5.一种如权利要求1～3任一所述的有机穴传输材料在制备钙钛矿太阳能电池和有机发光二极管中的应用。
6.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的衬底、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、空穴阻挡层和电极层；所述空穴传输层由权利要求1～3任一所述的有机空穴传输材料制备而成。
7.如权利要求6所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的材料为[6, 6]‑苯基‑C61‑丁酸甲酯，所述空穴阻挡层的材料为2,9‑二甲基‑4,7‑二苯基‑1,10‑菲啰啉，所述电极层的材料为银。
8.一种如权利要求6～7所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
配制有机空穴传输材料溶液，将有机空穴传输材料溶液涂覆在衬底上，制备得到空穴传输层；
配制钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液涂覆在空穴传输层上，制备得到钙钛矿层；
配制电子传输材料溶液并将其涂覆在钙钛矿层上，制备得到电子传输层；
配制空穴阻挡层溶液并将其涂覆在电子传输层；
在电子传输层上制备电极层。
9.如权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，配制有机空穴传输材料溶液具体为：将所述有机空穴传输材料溶解在氯苯中，搅拌溶解后即得有机空穴传输材料，其中，有机空穴传输材料与氯苯的质量体积比为2mg:(1～3)mL。
10.如权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，将有机空穴传输材料溶液涂覆在衬底上，制备得到空穴传输层具体为：利用旋涂法将有机空穴传输材料溶液旋涂在衬底上，其中，旋涂速率为5000～6000r/min，旋涂时间为30～60s，旋涂完成后于80～120℃下退火8～12min。
有机空穴传输材料及其制备方法和应用、钙钛矿太阳能电池
技术领域
[0001]本发明涉及光电材料技术领域，尤其涉及一种有机空穴传输材料及其制备方法和应用、钙钛矿太阳能电池。
背景技术
[0002]有机‑无机卤化物钙钛矿(OIHP)材料由于长的载流子扩散长度，高效的双极性电荷传输，宽的光吸收和大的吸收系数，OIHP材料已广泛用于薄膜晶体管，激光器，双极性晶体管中，发光二极管，柔性存储器，尤其是太阳能电池，使其在光电子领域受到了广泛关注，并且已成为该研究主题中最受欢迎的活性材料之一。金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其令人感兴趣的光物理性质、高功率转换效率(PCEs)和低成本处理的巨大潜力，在过去几年里引起了科学界和工业界的广泛关注。
[0003]钙钛矿吸光层与空穴传输材料(HTM)之间的界面特性严重依赖于HTM。聚[双(4‑苯基)(2,4,6‑ 三甲基苯基)胺](PTAA)是p ‑i ‑n型PSCs最常用的HTM。通常，使用未掺杂的PTAA 薄层作为HTM。但是，在某些情况下，由于其低空穴迁移率。因此需要掺杂PTAA才能为PSCs提供高光电转换效率 (PCE)，并且PTAA的成本甚至更高(1980$/g)，使其无法大规模生产PSCs。因此，研究合成提纯简单、成本低廉、性能优越的HTM对实现钙钛矿电池的商业化具有重要意义。
发明内容
[0004]有鉴于此，本发明提出了一种有机空穴传输材料及其制备方法和应用、钙钛矿太阳能电池，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。
[0005]第一方面，本发明提供了一种有机空穴传输材料，所述空穴传输材料的化学式如下所示：
[0006]
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