本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域，特別涉及一種自組裝單分子層空穴傳輸材料、空穴傳輸層及其電池。
背景技術(shù)：
1、倒置(p-i-n結(jié))鈣鈦礦太陽能電池(pscs)由于其低溫可加工性和與柔性襯底的更好兼容性和串聯(lián)器件制造而引起了極大的關(guān)注，但由于能量損失較大，它們通常表現(xiàn)出比傳統(tǒng)(n-i-p)電池更低的功率轉(zhuǎn)換效率(pce)。為了緩解這一問題，減少鈣鈦礦和電荷選擇層之間界面的復(fù)合損失是關(guān)鍵，特別是，空穴選擇層(hsl)在影響倒置pscs的性能方面起著關(guān)鍵作用。它有助于：i)從鈣鈦礦中提取空穴并將其傳輸?shù)疥枠O；ii)阻止電子到達陽極，以避免復(fù)合；iii)作為模板，促進頂部鈣鈦礦吸收劑的結(jié)晶。因此，需要開發(fā)更好的材料來提高服務(wù)于上述功能的hsl的質(zhì)量，從而進一步提高psc的性能；目前針對基于反型pscs的空穴傳輸層(htms)的開發(fā)取得了不少成果，但材料成本仍較高，且不適于大規(guī)模制造，無法用于商業(yè)化。
2、自組裝單分子層材料(sam)作為htms具有以下優(yōu)勢：(1)sam分子合成簡單且用量極少，有利于降低成本；(2)sam分子可與基底化學(xué)鍵合，穩(wěn)定性高；(3)sam薄膜可通過浸泡等方法制備，有利于實現(xiàn)高通量、低成本制造；(4)作為htms，sam薄膜厚度很小，有利于降低串聯(lián)電阻，提高電池效率。因此，通過分子工程設(shè)計開發(fā)出性能優(yōu)異的sam，有望獲得低成本、高效率的htms，推動pscs商業(yè)化進程。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中已知的空穴傳輸材料原料成本較高，性能不高等缺陷，本發(fā)明提供了一種新型的自組裝單分子層空穴傳輸材料、空穴傳輸層及其電池。采用本發(fā)明的式i化合物作為空穴傳輸材料制備空穴傳輸層，保證了材料的空穴傳輸性能，有助于提高光伏性能。
2、具體而言，本發(fā)明第一個方面提供了下式i所示的化合物：
3、
4、式中：
5、l為c1-20烷基；
6、a為錨定基團，選自下式a1～a5中任一所示的結(jié)構(gòu)：
7、
8、-si(or3)3(a5)
9、其中，*表示a與l連接的位置；
10、r1選自h、c1-20烷基、c1-20烷氧基、氰基、硝基、氨基、鹵素、取代或未取代的6-14元芳基；
11、r2選自h、c1-20烷基、c1-20烷氧基、氰基、硝基、氨基、鹵素、取代或未取代的6-14元芳基；
12、各r3獨立選自c1-4烷基。
13、在一個或多個實施方案中，所述l為c1-4烷基。
14、在一個或多個實施方案中，所述r1選自h、c1-6烷基、c1-6烷氧基、鹵素和取代或未取代的苯基。
15、在一個或多個實施方案中，所述r2選自h、c1-6烷基、c1-6烷氧基、鹵素和取代或未取代的苯基。
16、在一個或多個實施方案中，r1與r2相同。
17、在一個或多個實施方案中，r1和r2均為h、均為鹵素、均為c1-4烷氧基或均為未取代的苯基。
18、在一個或多個實施方案中，各r3獨立為甲基或乙基。
19、在一個或多個實施方案中，所有r3為相同的基團。
20、在一個或多個實施方案中，所述式a5為：
21、
22、在一個或多個實施方案中，所述化合物選自式1～5的化合物：
23、
24、
25、本發(fā)明第二個方面提供一種自組裝單分子層空穴傳輸材料，其包含如本文任一實施方案所述的式i化合物。
26、在一個或多個實施方案中，所述自組裝單分子層空穴傳輸材料為如本文任一實施方案所述的式i化合物和有機溶劑的溶液。
27、在一個或多個實施方案中，所述溶液中，所述式i化合物的質(zhì)量與有機溶劑的體積比為(0.1～5)mg/ml。
28、在一個或多個實施方案中，所述有機溶劑選自醇類，例如甲醇、乙醇和異丙醇中的一種或多種。
29、本發(fā)明第三個方面提供一種空穴傳輸層，所述空穴傳輸層表面具有權(quán)利要求1～5中任一項所述的式i化合物形成的自組裝單分子層。
30、本發(fā)明第四個方面提供一種鈣鈦礦太陽能電池，所述鈣鈦礦太陽能電池包括依次層疊設(shè)置的導(dǎo)電基底層、如本文任一實施方案所述的空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層、陰極緩沖層和電極。
31、本發(fā)明第五個方面提供如本文任一實施方案所述的式i化合物在制備傳輸性能和成膜質(zhì)量提升的空穴傳輸材料或提升材料的空穴傳輸性中的應(yīng)用。
32、本發(fā)明第六個方面提供如本文任一實施方案所述的式i化合物在制備鈣鈦礦太陽能電池中的空穴傳輸層中的應(yīng)用。
33、本發(fā)明第七個方面提供如本文任一實施方案所述的式i化合物在提升鈣鈦礦太陽能電池中的空穴傳輸層的空穴傳輸性能中的應(yīng)用。
34、本發(fā)明第八個方面提供如本文任一實施方案所述的式i化合物在制備傳輸性能和光伏性能提升鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用。
35、本發(fā)明的有益效果：
36、(1)本發(fā)明提供的具有不同錨定基團的式i化合物可以通過化學(xué)鍵合方式與基底表面發(fā)生牢固的自組裝，具有良好的覆蓋率，增加成膜質(zhì)量，提高傳輸性能。
37、(2)本發(fā)明所提供的式i化合物作為空穴傳輸材料具有剛性共軛大平面的稠環(huán)核心結(jié)構(gòu)，保證了材料的空穴傳輸性能，有助于提高光伏性能。
38、(3)本發(fā)明的合成方法簡單，步驟少，所用原料廉價易得具有低成本的特點。
1.下式i所示的化合物：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其特征在于，所述l為c1-4烷基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其特征在于：
4.如權(quán)利要求1所述的化合物，其特征在于，各r3獨立為甲基或乙基；優(yōu)選地，所有r3為相同的基團；優(yōu)選地，所述式a5為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其特征在于，所述化合物選自式1～5的化合物：
6.一種自組裝單分子層空穴傳輸材料，其特征在于，其含有權(quán)利要求1～5中任一項所述的式i化合物。
7.如權(quán)利要求6所述的自組裝單分子層空穴傳輸材料，其特征在于，所述自組裝單分子層空穴傳輸材料為含有所述式i化合物和有機溶劑的溶液；
8.一種空穴傳輸層，其特征在于，所述空穴傳輸層表面具有權(quán)利要求1～5中任一項所述的式i化合物形成的自組裝單分子層。
9.一種鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦太陽能電池包括依次層疊設(shè)置的導(dǎo)電基底層、如權(quán)利要求7所述的空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層、陰極緩沖層和電極。
10.選自以下應(yīng)用：