【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鈣鈦礦太陽能電池，涉及有機半導體材料的制備，特別涉及一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著全球對可再生能源需求的持續增長，太陽能電池作為一種綠色能源轉換裝置，受到了廣泛的矚目。特別是鈣鈦礦太陽能電池(perovskite?solar?cells，簡稱pscs)，因其卓越的光電轉換效率、簡便的制備流程以及較低的生產成本，已經成為繼硅基太陽能電池之后，最具發展前景的新一代光伏技術之一。目前的最新的認證效率已經達到26.7％(national?renewable?energy?laboratory，nrel，2024)。
2、相比于傳統正式結構(n-i-p)的pscs，倒置結構(p-i-n)的pscs具有可低溫加工、兼容規模化制造、遲滯小、穩定性好等優點，因此在未來鈣鈦礦光伏領域具有可觀的發展前景。目前，常用于反式器件的空穴傳輸材料(htms)聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)空穴傳輸層因鈣鈦礦溶液在其表面浸潤性差，造成成膜質量不佳、界面缺陷態密度高等缺點，這些問題限制了其進一步的性能提升和商業化應用。為此，開發高性能、新型反式器件用的空穴傳輸材料對器件的性能至關重要。
3、近年，自組裝單分子層(sam)作為空穴傳輸材料具有結構簡單、設計靈活的特點，能夠基于分子工程有效調節界面能級和減少缺陷態，sams類空穴傳輸層可通過化學鍵與基底緊密結合，具有高的穩定性。同時，單分子層具有最小的層厚，也有利于減少寄生吸收，提高器件效率上限
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料，本專利技術以氰基和膦酸為雙功能錨定基團，這種雙親性小分子空穴傳輸材料，可以實現表面超浸潤與界面缺陷控制，有效的提高了載流子的運輸，提高空穴傳輸效率。該sams分子處理簡單，具有較低的成本以及較好的穩定性。本專利技術的另一目的在于提供該有機半導體材料的制備方法。
2、本專利技術是通過以下技術方案實現的：
3、一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料，其化學結構式如下所示：
4、
5、本專利技術的進一步改進方案為：
6、一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料的制備方法，包括以下步驟：s1：使化合物1與4-溴-2-氟-1-甲氧基苯發生取代反應生成中間體2；
7、
8、s2：使中間體2與反式-4-溴肉桂醛發生取代反應生成中間體3；
9、
10、s3：使中間體3與二乙基(氰基甲基)膦酸酯發生取代反應生成中間體4；
11、
12、s4：使中間體4發生水解反應生成目標產物，即自組裝單分子層材料；
13、
14、進一步的，所述s1中，氬氣保護下，以二甲基苯基硅烷為溶劑，使化合物1與4-溴-2-氟-1-甲氧基苯在雙(三叔丁基膦)鈀(0)和叔丁醇鈉作用下發生取代反應生成化合物2；其中，所述化合物1、4-溴-2-氟-1-甲氧基苯、雙(三叔丁基膦)鈀(0)以及叔丁醇鈉的摩爾比為1：1～2：0.01～0.1：1～2。
15、進一步的，所述s2中，氬氣保護下，以二甲基苯基硅烷為溶劑，使化合物1與反式-4-溴肉桂醛在雙(三叔丁基膦)鈀(0)和叔丁醇鈉的作用下，發生取代反應生成化合物3；其中，所述化合物1、反式-4-溴肉桂醛、雙(三叔丁基膦)鈀(0)以及叔丁醇鈉的摩爾比為1：1～2：0.01～0.1：1～2。
16、進一步的，所述s3中，氬氣保護下，將化合物3與二乙基(氰基甲基)膦酸酯在乙腈和哌啶溶液中反應生成化合物4；其中，所述化合物3與二乙基(氰基甲基)膦酸酯的摩爾比為1:1～5。
17、進一步的，所述s4中，將化合物4與溴三甲基硅烷混合于二氯甲烷中，在氬氣氛圍下發生水解反應，得到目標產物；其中，所述化合物4與溴三甲基硅烷的摩爾比為1:5～10。
18、進一步的，所述s1中，取代反應的溫度為70～100℃，時間為1～2h。
19、所述s2中，取代反應的溫度為100～150℃，時間為10～25h。
20、所述s3中，反應溫度為70～90℃，時間為1～3h。
21、所述s4中，水解反應在室溫下進行，時間為10～24h。
22、本專利技術的再進一步改進方案為：
23、上述以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料在鈣鈦礦太陽能電池中的應用。
24、本專利技術的有益效果為：
25、1、本專利技術提供的一種基于氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料及其制備方法和應用，本專利技術引入了氰基和膦酸的共同作用，強吸電子性氰基的引入增加了膦酸的去質子能力和錨定基團的親水性，使得該小分子材料具有獨特的雙親性特征，這實現了表面的浸潤性，更好的調控了界面的缺陷，使自組裝單分子層能夠牢固的附著在ito表面確保高效的空穴選擇與輸運，有利于優化鈣鈦礦的光電性能，可以有效的提高器件的綜合性能。
26、2、同時，芳胺中的f原子增強空穴傳輸層與鈣鈦礦層的界面作用，進一步調控鈣鈦礦的結晶和鈍化鈣鈦礦的底界面缺陷，抑制界面的非輻射復合。
27、3、本專利技術提供的自組裝單分子層有機半導體材料作為空穴傳輸層在鈣鈦礦太陽能電池中的應用，測試結果表明：電池器件短路光電流密度達25.53macm-2，開路電壓為1.15v，填充因子0.8380，光電轉化效率達到24.5％，對提高鈣鈦礦太陽能電池效率具有實際意義。
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1.一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料，其特征在于，化學結構式如下所示：
2.如權利要求1所述的一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料的制備方法，其特征在于：所述S1中，氬氣保護下，以二甲基苯基硅烷為溶劑，使化合物1與4-溴-2-氟-1-甲氧基苯在雙(三叔丁基膦)鈀(0)和叔丁醇鈉作用下發生取代反應生成化合物2；其中，所述化合物1、4-溴-2-氟-1-甲氧基苯、雙(三叔丁基膦)鈀(0)以及叔丁醇鈉的摩爾比為1：1～2：0.01～0.1：1～2。
4.根據權利要求2所述的一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料的制備方法，其特征在于：所述S2中，氬氣保護下，以二甲基苯基硅烷為溶劑，使化合物1與反式-4-溴肉桂醛在雙(三叔丁基膦)鈀(0)和叔丁醇鈉的作用下，發生取代反應生成化合物3；其中，所述化合物1、反式-4-溴肉桂醛、雙(三叔丁基膦)鈀(0)以及叔丁醇鈉的摩爾比為1：1～2：0.01～0.1：1～2。
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1.一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料，其特征在于，化學結構式如下所示：
2.如權利要求1所述的一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料的制備方法，其特征在于：所述s1中，氬氣保護下，以二甲基苯基硅烷為溶劑，使化合物1與4-溴-2-氟-1-甲氧基苯在雙(三叔丁基膦)鈀(0)和叔丁醇鈉作用下發生取代反應生成化合物2；其中，所述化合物1、4-溴-2-氟-1-甲氧基苯、雙(三叔丁基膦)鈀(0)以及叔丁醇鈉的摩爾比為1：1～2：0.01～0.1：1～2。
4.根據權利要求2所述的一種以氰基膦酸為錨定基團的多功能有機半導體材料的制備方法，其特征在于：所述s2中，氬氣保護下，以二甲基苯基硅烷為溶劑，使化合物1與反式-4-溴肉桂醛在雙(三叔丁基膦)鈀(0)和叔丁醇鈉的作用下，發生取代反應生成化合物3；其中，所述化合物1、反式-4-溴肉桂...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王哲，馬朝龍，齊曉松，程慧，韓世威，王志輝，汪玉祥，張加棟，
申請(專利權)人：淮陰工學院，
類型：發明
國別省市：
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