【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鈣鈦礦太陽能電池，特別涉及一種以酰亞胺為烷基鏈端的空穴傳輸材料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、隨著科技的不斷發(fā)展，能源需求成為亟待解決的問題之一。日益增長的能源需求，傳統(tǒng)化石能源的枯竭，使人類不得不探索出一種新型可持續(xù)的能源，為將來的能源枯竭提前做好準(zhǔn)備。太陽能具有可再生無污染的優(yōu)點，取之不盡用之不竭，不像傳統(tǒng)化石能源那樣形成周期非常漫長。作為一種最常見可觀的可持續(xù)能源，近些年來逐漸成為科學(xué)家們的研究熱點。如何高效并且低成本的利用太陽能，成為人們關(guān)注的重點。目前在實際生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位的太陽能電池主要由無機(jī)半導(dǎo)體材料組成，主要包括單晶硅、多晶硅和非晶硅無機(jī)太陽能電池。其中硅基太陽能電池已經(jīng)發(fā)展較為成熟，但是由于硅復(fù)雜的提純工藝，以及昂貴的生產(chǎn)設(shè)備，發(fā)展受到一定限制。而高效的非晶硅太陽能電池大多含有鎘、砷等毒性重金屬元素，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，必然不受到歡迎。科學(xué)家們陸續(xù)開發(fā)出各種新型太陽能電池，包括有機(jī)太陽能電池(opv)、染料敏化太陽能電池(dssc)，量子點太陽能電池和本課題研究的鈣鈦礦太陽能電池等。其中鈣鈦礦太陽能電池具有與硅太陽能電池相媲美的光電轉(zhuǎn)換效率，并且制備工藝簡單，成本相對較低，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｔ诘湫偷膎-i-p結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，空穴傳輸材料(htm)在有效的空穴提取、逆電子流阻斷和保護(hù)濕敏鈣鈦礦中是不可替代的組成部分。
2、本專利技術(shù)所述的空穴傳輸材料合成路線簡單、產(chǎn)率優(yōu)良，原料易得，與常見的螺二芴(spiro)相比具有較低的成本以及較好的穩(wěn)定性，以酰亞胺為烷基鏈端的空
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利技術(shù)提供一種以酰亞胺為烷基鏈端的d-π-d型空穴傳輸材料及其制備方法和應(yīng)用，以酰亞胺為烷基鏈端的空穴傳輸材料具有匹配鈣鈦礦的homo能級，從而能夠有效確保空穴的高效分離與傳輸，同時還能夠有效阻擋空穴從鈣鈦礦層躍遷至空穴傳輸層，抑制界面電子復(fù)合的發(fā)生。更值得注意的是該空穴分子烷基鏈的酰胺結(jié)構(gòu)的羰基還能有效的鈍化鈣鈦礦分子，使得器件在效率和穩(wěn)定性方面有很大的提高。此外，該空穴傳輸材料制備方法簡單，產(chǎn)率高，制備成本低，是一種性能優(yōu)良的光電材料。
2、技術(shù)方案：本專利技術(shù)提供了一種以酰亞胺為烷基鏈端的空穴傳輸材料，具有式(11)的化學(xué)結(jié)構(gòu)式：
3、
4、本專利技術(shù)進(jìn)一步提供了上述式(1)化合物的制備方法，包括如下步驟：
5、s1：使式(1)化合物和溴丙烷化合物發(fā)生烷基化反應(yīng)生成式(3)化合物；
6、
7、s2：使式(2)化合物和式(3)化合物發(fā)生suzuki偶聯(lián)反應(yīng)生成式(4)化合物；
8、
9、s3：使式(5)化合物和式(6)化合物發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)生成式(7)化合物；
10、
11、s4：使式(7)化合物通過溴代反應(yīng)生成式(8)化合物；
12、
13、s5：使式(8)化合物和式(4)化合物發(fā)生suzuki偶聯(lián)反應(yīng)生成式(9)化合物；
14、
15、s6：使式(9)化合物和式(10)化合物發(fā)生上溴反應(yīng)生成式(11)終產(chǎn)化合物；
16、
17、優(yōu)選地，在所述s1中，將式(1)化合物加入到甲苯溶劑中，再加入氫氧化鉀水溶液(1.5m)，等待反應(yīng)10min，向溶液中加入溴丙烷以及催化量的tbab，加熱到60℃，反應(yīng)大概1h得到式(2)化合物，其中參與反應(yīng)的化合物用量以物質(zhì)的量衡算標(biāo)準(zhǔn)計，式(1)化合物∶溴丙烷＝1∶2。
18、優(yōu)選地，在所述s2中，將式(2)化合物和式(3)化合物放在兩頸燒瓶中，稱量所需的催化劑pd(dppf)c12，koac快速放入兩頸燒瓶，然后進(jìn)行抽真空充氮氣操作，保證真空無水無氧環(huán)境下進(jìn)行反應(yīng)，用一次性針管將二氧六環(huán)溶劑注入反應(yīng)瓶中，加熱到100℃，反應(yīng)大約3h，反應(yīng)結(jié)束，得到式(4)化合物。其中參與反應(yīng)的化合物用量以物質(zhì)的量衡算標(biāo)準(zhǔn)計，式(2)化合物∶式(3)化合物∶催化劑∶堿＝1∶1.5∶0.05∶3。
19、優(yōu)選地，在所述s3中，惰性氣體保護(hù)下，將式(5)化合物、式(6)化合物、三(二亞芐基丙酮)二鈀、1，1′-雙(二苯基膦基)二茂鐵、叔丁醇鈉和無水甲苯加到反應(yīng)容器中，100℃加熱反應(yīng)8～12h得到式(7)化合物，其中參與反應(yīng)化合物用量以物質(zhì)的量衡算標(biāo)準(zhǔn)計，式(8)化合物：式(9)化合物∶鈀催化劑∶膦配體∶堿＝1∶1～1.5∶0.01～0.1∶0.04～0.4∶3～6。
20、優(yōu)選地，在所述s4中，在冰浴避光條件下，將式(7)化合物和無水四氫呋喃加到反應(yīng)容器中，分批加入n-溴代丁二酰亞胺，移去冰浴，室溫反應(yīng)4～8h得到式(8)化合物，其中參與反應(yīng)化合物用量以物質(zhì)的量衡算標(biāo)準(zhǔn)計，式(7)化合物∶n-溴代丁二酰亞胺＝1∶2～3。
21、優(yōu)選地，在所述s5中，在惰性氣體保護(hù)條件下，式(8)化合物、式(4)化合物、四(三苯基膦)鈀、碳酸鉀，無水甲苯加到反應(yīng)容器中，100℃加熱反應(yīng)8～12h得到式(9)化合物，其中參與反應(yīng)的化合物用量以物質(zhì)的量衡算標(biāo)準(zhǔn)計，式(8)化合物∶式(4)化合物∶四(三苯基膦)鈀∶碳酸鉀＝1∶2～3∶0.1∶5。
22、優(yōu)選挑，在所述s6中，室溫條件下，將式(9)化合物、式(10)化合物、氫化鈉放入到dmso溶液中，反應(yīng)8-10h，得到式(11)終產(chǎn)化合物。其中參與反應(yīng)的化合物用量以物質(zhì)的量衡算標(biāo)準(zhǔn)計，式(9)化合物∶式(10)化合物∶氫化鈉＝1∶4∶0.1。
23、本專利技術(shù)還進(jìn)一步提供了上述以酰亞胺為烷基鏈端的空穴傳輸材料在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用。
24、有益效果：1、本專利技術(shù)提供的空穴傳輸材料以酰亞胺為烷基鏈端的d-π-d型htm，帶烷基鏈的咔唑作為電子給體單元，線性平面化噻吩稠雜環(huán)作為共軛橋，從而構(gòu)建出d-π-d型空穴傳輸材料，它具有成膜性好以及光熱穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點；同時，分子咔唑側(cè)鏈中的酰胺基團(tuán)的加入能夠更加有效的改善分子的homo能級，同時所含有的羰基基團(tuán)可以鈍化鈣鈦礦表面，顯著提高器件的性能。
25、2、本專利技術(shù)提供的空穴傳輸材料在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用，測試結(jié)果表明(如圖3)：電池器件短路光電流密度達(dá)23.59ma?cm-2，開路電壓為1.18mv，填充因子0.67，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到18.06％，對提高鈣鈦礦太陽能電池效率具有實際意義。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種一種以酰亞胺為烷基鏈端的空穴傳輸材料及其制備方法和應(yīng)用，其特征在于：此小分子材料與常用螺二芴(Spiro)相比，具有較低的成本，更高的空穴遷移率，將其應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池中，得到高的光電轉(zhuǎn)換效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用碳氮偶聯(lián)反應(yīng)，Suzuki偶聯(lián)等合成目標(biāo)化合物，其特征在于：低成本高產(chǎn)率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備以酰亞胺為烷基鏈端的空穴傳輸材料，其特征在于：給類似咔唑端上烷基鏈采用甲苯且在60℃的條件下反應(yīng)1h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備以酰亞胺為烷基鏈端的空穴傳輸材料，其特征在于：上硼酯反應(yīng)采用Pd(dppf)Cl2，KOAC，且控制催化劑的當(dāng)量在0.05eq。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備以酰亞胺為烷基鏈端的空穴傳輸材料，其特征在于：Buchwald-Hartwig偶聯(lián)反應(yīng)有機(jī)胺當(dāng)量控制在1.3eq-3eq。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用旋涂工藝制備太陽能電池，其特征在于：高空穴遷移率，高導(dǎo)電率，良好成膜性，高光電轉(zhuǎn)換效率。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種一種以酰亞胺為烷基鏈端的空穴傳輸材料及其制備方法和應(yīng)用，其特征在于：此小分子材料與常用螺二芴(spiro)相比，具有較低的成本，更高的空穴遷移率，將其應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池中，得到高的光電轉(zhuǎn)換效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用碳氮偶聯(lián)反應(yīng)，suzuki偶聯(lián)等合成目標(biāo)化合物，其特征在于：低成本高產(chǎn)率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備以酰亞胺為烷基鏈端的空穴傳輸材料，其特征在于：給類似咔唑端上烷基鏈采用甲苯且在60℃的條件下反應(yīng)1h。...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：梁茂，顏曉晴，
申請(專利權(quán))人：天津理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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