本發明屬于光伏領域，具體涉及一種有機化合物、空穴傳輸層、鈣鈦礦太陽能電池及制備方法。

背景技術：

1、鈣鈦礦太陽能電池自2009年首次實現3.8％的光電轉化效率以來，鈣鈦礦材料就成了熱點的半導體材料，目前鈣鈦礦太陽能電池的最高光電效率已經突破了26.1％，超過了傳統硅太陽能電池的性能水平。

2、空穴傳輸層(htm)材料在鈣鈦礦太陽能電池中起著至關重要的作用，承擔著鈣鈦礦/htm界面上的空穴提取、輸運和電子阻擋等功能。但目前報道的空穴傳輸層材料存在能級失配和浸潤性不佳等問題，不適用于大面積制備，增加了器件制備的工藝成本，亟需改進。例如，[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸是反式鈣鈦礦器件中最常見的自組裝單分子層空穴傳輸材料，但由于其與鈣鈦礦能級不匹配，開路電壓較低，不利于效率的提升；同時，由于其本身浸潤性較差，會導致鈣鈦礦成膜均勻性差，降低鈣鈦礦薄膜質量，不利于大面積生產與效率提升。

3、因此，亟需開發一種可提升鈣鈦礦太陽能電池光電性能的空穴傳輸層材料。

技術實現思路

1、為解決現有技術存在的問題，本發明提供一種有機化合物、空穴傳輸層、鈣鈦礦太陽能電池及制備方法，本發明的式i-1或式i-2有機化合物作為空穴傳輸層材料，在協同提高鈣鈦礦太陽能電池光電性能的同時，適合大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備。

2、具體而言，本發明提供一種有機化合物，所述有機化合物的結構如式i-1或式i-2所示；

3、

4、式i-1和式i-2中，r1、r2、r3、r4、r5各自獨立選自鹵素原子、c1-c6的直鏈狀或支鏈狀的烷氧基、c1-c6的直鏈狀或支鏈狀的烷硫基、c1-c10的直鏈狀或支鏈狀的烷基、氰基和氫原子；r6為苯環或c1-c10的直鏈狀或支鏈狀的亞烷基；r7為-so3h、-cooh或-po(oh)2。

5、在一個或多個實施方案中，式i-1和式i-2中，r1選自氫原子、甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、氰基，r2、r3、r4、r5各自獨立選自鹵素原子和氫原子，r6為c1-c4的直鏈狀亞烷基，r7為-po(oh)2。

6、本發明提供一種制備本發明所述的有機化合物的方法，所述方法包括以下步驟：

7、(1)將化合物a、化合物b和nah置于第一溶劑中反應，制得化合物c；

8、(2)對化合物c進行水解反應，制得式i-1或式i-2所示的有機化合物；

9、其中，化合物a的結構為化合物b的結構為化合物c的結構為

10、在化合物a、化合物b和化合物c中，r1、r2、r3、r4、r5和r6如式i-1和式i-2中所定義；r7’為-so3r8、-coor8或-po(or8)2，其中r8為c1-c10的直鏈狀或支鏈狀的烷基。

11、在一個或多個實施方案中，步驟(1)中，第一溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺、四氫呋喃和1,4-二氧六環中的一種或多種。

12、在一個或多個實施方案中，步驟(1)中，化合物a和化合物b的摩爾比為1:1.1-1.。

13、在一個或多個實施方案中，步驟(1)中，化合物a和nah的1:1.1-1.5。

14、在一個或多個實施方案中，步驟(1)中，反應在保護性氣氛中進行。

15、在一個或多個實施方案中，步驟(1)中，反應溫度為-5-5℃。

16、在一個或多個實施方案中，步驟(2)中，所述水解反應包括：將化合物c和三甲基溴硅烷置于第二溶劑中進行第一階段反應，得到化合物中間體，將化合物中間體、甲醇和水混合進行第二階段反應，制得式i-1或式i-2所示有機化合物。

17、在一個或多個實施方案中，步驟(2)中，第二溶劑為1,4-二氧六環和/或二氯甲烷。

18、在一個或多個實施方案中，步驟(2)中，化合物c和三甲基溴硅烷的摩爾比為1:10-20。

19、在一個或多個實施方案中，步驟(2)中，第一階段反應在保護性氣氛中進行。

20、在一個或多個實施方案中，步驟(2)中，第一階段反應溫度為10-30℃。

21、在一個或多個實施方案中，步驟(2)中，第二階段反應溫度為10-30℃。

22、本發明提供一種包含本發明有機化合物的空穴傳輸層。

23、在一個或多個實施方案中，所述空穴傳輸層的厚度為1-3nm。

24、本發明提供一種制備本發明所述的空穴傳輸層的方法，所述方法包括將有機化合物和第三溶劑混合，制得空穴傳輸層前驅液；涂覆空穴傳輸層前驅液，然后退火，制得空穴傳輸層。

25、在一個或多個實施方案中，所述第三溶劑選自甲醇、異丙醇、乙醇、n,n-二甲基甲酰胺和氯苯中的一種或多種。

26、在一個或多個實施方案中，所述空穴傳輸層前驅液中，所述有機化合物的濃度為0.1-1mg/ml。

27、在一個或多個實施方案中，所述涂覆的方式為旋涂、刮涂或狹縫涂布。

28、在一個或多個實施方案中，退火溫度為100-150℃。

29、在一個或多個實施方案中，退火時間為10-20min。

30、本發明提供一種包含本發明所述的空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池。

技術特征：

1.一種有機化合物，其特征在于，所述有機化合物的結構如式i-1或式i-2所示；

2.如權利要求1所述的有機化合物，其特征在于，r1選自氫原子、甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、氰基，r2、r3、r4、r5各自獨立選自鹵素原子和氫原子，r6為c1-c4的直鏈狀亞烷基，r7為-po(oh)2。

3.一種制備權利要求1或2所述的有機化合物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法具有以下一項或多項特征：

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法具有以下一項或多項特征：

6.一種空穴傳輸層，其特征在于，所述空穴傳輸層包含權利要求1或2所述的有機化合物。

7.如權利要求6所述的空穴傳輸層，其特征在于，所述空穴傳輸層的厚度為1-3nm。

8.一種制備權利要求6或7所述的空穴傳輸層的方法，其特征在于，所述方法包括將有機化合物和第三溶劑混合，制得空穴傳輸層前驅液；涂覆空穴傳輸層前驅液，然后退火，制得空穴傳輸層。

9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法具有以下一項或多項特征：

10.一種包含權利要求6或7所述的空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池。

技術總結
本發明屬于光伏領域，具體涉及一種有機化合物、空穴傳輸層、鈣鈦礦太陽能電池及制備方法。本發明的有機化合物的結構如式I?1或式I?2所示；式I?1和式I?2中，R<subgt;1</subgt;、R<subgt;2</subgt;、R<subgt;3</subgt;、R<subgt;4</subgt;、R<subgt;5</subgt;各自獨立選自鹵素原子、C1?C6的直鏈狀或支鏈狀的烷氧基、C1?C6的直鏈狀或支鏈狀的烷基硫基、C1?C10的直鏈狀或支鏈狀的烷基、氰基和氫原子；R<subgt;6</subgt;為苯環或C1?C10的直鏈狀或支鏈狀的亞烷基；R<subgt;7</subgt;為?SO<subgt;3</subgt;H、?COOH或?PO(OH)<subgt;2</subgt;。本發明有機化合物制得的空穴傳輸層，有利于提升鈣鈦礦薄膜的質量，提升鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓和光電轉化效率。

技術研發人員：應昕彤,李兆寧,曾海鵬,樊慧柯,楊玉雯
受保護的技術使用者：天合光能股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24