CN116621845B - 一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用 - Google Patents

一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN116621845B
CN116621845B CN202310892435.0A CN202310892435A CN116621845B CN 116621845 B CN116621845 B CN 116621845B CN 202310892435 A CN202310892435 A CN 202310892435A CN 116621845 B CN116621845 B CN 116621845B
Authority
CN
China
Prior art keywords
compound
chrysene
ring compound
fused ring
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310892435.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116621845A (zh
Inventor
赵文渊
李鹏
李令义
周勇
雷鸣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valiant Co Ltd
Original Assignee
Valiant Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valiant Co Ltd filed Critical Valiant Co Ltd
Priority to CN202310892435.0A priority Critical patent/CN116621845B/zh
Publication of CN116621845A publication Critical patent/CN116621845A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116621845B publication Critical patent/CN116621845B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
    • C07D487/02—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D487/04—Ortho-condensed systems
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/631—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用，所述䓛基稠环化合物为下式I所示：；其中，R为C1~C12的烃基或缩乙二醇单甲醚链。所述䓛基稠环化合物以多环芳烃䓛为原料，与1‑氯代‑2‑氨基萘通过C‑N、C‑C偶联合成双吡咯稠合的延展非平面大π‑共轭骨架，引入芳胺电子给体即可获得合适的能级；通过引入侧链调节分子溶解度并有利于调控分子的堆积结构，提高电荷迁移率。采用本发明制备的䓛基稠环化合物作为空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率可达19.5%~20.5%。

Description

一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用，属于太阳能电池材料技术领域。
背景技术
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）因具有光电能量转换效率（PCE）高、制备工艺简单等优点而成为新能源领域的研究热点。近几年，通过对材料、器件结构和加工工艺等方面的深入研究，使PSCs的PCE快速提升，并逐步逼近理论效率。由于电荷传输层-钙钛矿层的界面对器件的性能参数（开路电压（Voc）、短路电流（Jsc）、填充因子（FF））有很大影响，要进一步提升PCE，必须控制器件中各界面的电荷传输过程。研究表明，P型半导体空穴传输材料（HTM）的创新在提高PCE中发挥了至关重要的作用。PSCs中，HTM在空穴提取和传输过程中避免了钙钛矿层和电池正极的直接接触，减少电子空穴的复合，改善了钙钛矿层表面形态，所以HTM是PSCs器件的关键组成部分。性能优异的HTM应具备以下几种性能：（1）与钙钛矿层相匹配的HOMO、LUMO能级；（2）高空穴迁移率和电导率；（3）原料成本低，合成制备简单，且在高温高光高湿度等条件下物理化学性质稳定。
Spiro-OMeTAD是Spiro型有机小分子HTM的代表，溶解性好，具有合适的能级、吸收光谱以及无定形结构。尽管Spiro-OMeTAD的性能优异，但其空穴迁移率（1~2×10-4cm2·V-1·S-1）和电导率（～10-5S·cm-1）相对较低，使用时必需添加掺杂剂提升空穴传输性能，且合成的条件复杂、纯化困难，价格昂贵。开发廉价、高性能的Spiro-OMeTAD替代材料是HTM发展的方向。
䓛类化合物是一类廉价的多环稠合的具有大π-共轭体系化合物，将其与含氮杂环稠合可延展获得非平面的更大π-共轭骨架，分子间的堆积容易产生更多的分子间接触，利用杂原子与π共轭体系间的轨道相互作用以及杂原子价键数不同的结构特点，可以对分子基态的能级结构和激发态电荷转移能力进行调节；同时可以增加亲π共轭体系的非平面性和三维分子间/分子内相互作用，在有利于调控分子的堆积结构，提高电荷迁移率的同时，也能够提高分子的溶解度，有利于钙钛矿太阳能电池器件的溶液加工。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用，所述䓛基稠环化合物可以有效提升电荷迁移率，应用在钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池的光电能量转换效率更高。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种䓛基稠环化合物，所述䓛基稠环化合物为下式I所示：
；
其中，R为C1~C12的烃基或缩乙二醇单甲醚链。
进一步的，所述䓛基稠环化合物选自如下结构式中的任意一种：
。
本发明还公开了所述䓛基稠环化合物的制备方法，所述的制备方法为：
；
S1、化合物3的合成：
氮气保护下，在反应器中加入化合物1、化合物2、Pd(PPh3)4、K2CO3、H2O和甲苯，加热回流进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物3；
S2、化合物4的合成：
氮气保护下，在反应器中加入化合物3、1-氯代-2-氨基萘、Pd(OAc)2、DPEPhOS、NaO(t-Bu)和甲苯，加热回流进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物4；
S3、化合物5的合成：
氮气保护下，在反应器中加入化合物4、Pd(OAc)2、K2CO3、P(t-Bu)3·HBF4和N,N-二甲基乙酰胺，加热进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物5；
S4、化合物I的合成：
氮气保护下，在反应器中将化合物5溶于DMF和THF的混合溶剂中，然后缓慢加入NaH，搅拌均匀，然后加入卤代试剂，室温搅拌进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物I；所述的卤代试剂为RBr或RI，其中R为C1~C12的烃基或缩乙二醇单甲醚链。
进一步的，所述R选自如下结构中的任意一种：
。
进一步的，所述卤代试剂为碘甲烷、碘己烷、2-乙基碘癸烷、1-溴-2-（2-甲氧乙氧基）乙烷、1-溴-2-（2-（2-甲氧乙氧基）乙氧基）乙烷中的任意一种。
本发明还公开了所述䓛基稠环化合物的应用，所述䓛基稠环化合物应用于钙钛矿太阳能电池。
进一步的，所述钙钛矿太阳能电池包括基底、透明氧化物电极、电子传输层、光活性层、空穴传输层与金属电极。
进一步的，所述䓛基稠环化合物应用于空穴传输层。
进一步的，所述电子传输层中包括二氧化钛。
进一步的，所述光活性层中包括钙钛矿。
本发明的有益效果是：
（1）本发明所述䓛基稠环化合物是基于䓛分子的共轭体系通过吡咯稠合扩展π共轭体系，并引入电子给体（Donor）得到一类D-π-D型空穴传输材料，本发明所述䓛基稠环化合物的迁移率高，应用在钙钛矿太阳能电池中，可以使钙钛矿太阳能电池的光电能量转换效率提高，经实验发现，所述䓛基稠环化合物作为空穴传输层材料应用在钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池的光电能量转换效率能达到19.5%~20.5%。
（2）现有的空穴传输材料为了延展扩大π-共轭骨架，合成步骤多、条件复杂、纯化困难，导致材料价格昂贵。本发明以廉价的多环芳烃䓛为原料，与1-氯代-2-氨基萘通过C-N、C-C偶联合成吡咯稠合的延展非平面大π-共轭骨架，再引入电子给体即可获得合适的能级；通过引入侧链调节分子溶解度从而有利于调控分子的堆积结构，提高电荷迁移率。
附图说明
图1为实施例中钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做详细说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本发明所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。所使用的术语只为描述具体实施方式，不为限制本发明。
一、制备实施例
；
S1、化合物3的合成：
氮气保护下，在反应器中加入化合物1、化合物2、Pd(PPh3)4、K2CO3、H2O和甲苯，加热回流进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物3；
具体过程为：在100mL圆底烧瓶中加入化合物1（1.088g，2.0mmol，CAS NO.：1035387-73-5）、化合物2（1.156g，4.0 mmol，CASNO.：201802-67-7）、Pd(PPh3)4（0.332g，0.2mmol，CAS NO.：14221-01-3）、K2CO3（1.304g，8.0mmol，CAS NO.：584-08-7）、H2O（6mL）和甲苯（40mL），氮气保护，搅拌，加热至回流反应两天后，冷却至室温，将反应液倾入50mL饱和食盐水中，再用 DCM 萃取三次（每次用量为50mL），合并有机相并用无水Na2SO4干燥后，旋转蒸发除去溶剂得到粗产物。粗产物用硅胶柱层析纯化（洗脱剂为正己烷：乙酸乙酯(v/v)=10:1），最终得到1.446g化合物3固体，产率为82.8%，化合物3的表征数据如下：
1H NMR (400 MHz, THF-d 8 ) δ 9.08-9.05 (s, 2H), 8.72-8.68 (s, 2H), 8.02-7.97 (m,4H),7.60-7.55 (m, 4H), 7.40-7.33 (m, 4H), 7.28-7.22 (m, 8H), 7.10-7.06 (m,8H), 7.02-6.98 (m,4H).13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 145.9, 144.7, 136.4,132.2, 131.3, 130.3, 129.9, 129.7,128.6, 126.7, 126.1, 125.8, 123.2, 120.8,120.1 ppm. HR-MS (ESI) m/z calcd. For(C54H36Br2N2): 872.7012. Found: 872.7015.
S2、化合物4的合成：
氮气保护下，在反应器中加入化合物3、1-氯代-2-氨基萘、Pd(OAc)2、DPEPhOS、NaO(t-Bu)和甲苯，加热回流进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物4；
具体过程为：将化合物3（0.873g，872.7g/mol，1mmol）、1-氯代-2-氨基萘（0.390g，177.6g/mol，2.2mmol，CAS NO.：16452-11-2）、Pd(OAc)2（22.6mg，224.5g/mol，0.1mmol，CASNO.：3375-31-3），DPEPhOS（53.9mg，538.6g/mol，0.1mmol，CAS NO.：166330-10-5）、NaO(t-Bu)（0.48g，96.0g/mol，5mmol，CAS NO.:865-48-5）加入到50mL的单口圆底烧瓶中，加入40mL甲苯做溶剂，氮气氛围下，加热回流16h，反应完全后冷却至室温，经硅藻土层过滤掉催化剂和碱，滤液浓缩后用THF重结晶得化合物4固体0.864g，产率为81.0 %。化合物4的表征数据如下：
1H NMR (500 MHz, THF-d 8 ) δ 10.52-10.48 (b, 2H), 8.73-8.70 (s, 2H),8.67-8.65 (s, 2H),8.11-8.09 (m, 2H), 8.07-8.05 (m, 2H), 7.84-7.82 (m, 2H),7.66-7.63 (m, 2H),7.60-7.58 (m,4H), 7.55-7.53 (m, 4H), 7.37-7.35 (m, 4H),7.31-7.29 (m, 4H), 7.24-7.22 (m, 8H), 7.08-7.06(m, 8H), 7.02-7.00 (m, 4H).13CNMR (126 MHz, THF-d 8 ) δ 145.9, 144.8, 142.8, 141.0, 136.4,132.1, 130.5,131.3, 129.9, 129.2, 128.8, 127.7, 127.2, 126.2, 125.7, 124.6, 124.2,123.2,121.2, 120.8, 119.8, 117.1, 116.6, 111.3, 105.4 ppm. HR-MS (ESI) m/z calcd.For(C74H50Cl2N4):1066.1412. Found: 1066.1408.
S3、化合物5的合成：
氮气保护下，在反应器中加入化合物4、Pd(OAc)2、K2CO3、P(t-Bu)3·HBF4和N,N-二甲基乙酰胺，加热进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物5；
具体过程为：
将化合物4（0.533g，1066.1g/mol，0.5mmol）、Pd(OAc)2（22.5mg，224.5g/mol，0.1mmol）、K2CO3（0.69g，138.0g/mol，5mmol）、P(t-Bu)3ꞏHBF4（29.0mg，290.0g/mol，0.1mmol，CAS NO.：131274-22-1）和20mL超干N,N-二甲基乙酰胺加入到50mL单口圆底烧瓶中，氮气保护下，130℃加热条件下搅拌反应24h，反应完全后冷却至室温，将反应液倾入50mL饱和食盐水，用DCM萃取三次（每次DCM的用量为30mL），合并有机相用无水Na2SO4干燥后，过滤，旋转蒸发除去溶剂得到粗产物，用200目中性氧化铝柱分离提纯，洗脱剂为THF和甲苯（体积比为 2:1）得到化合物5固体288.0mg，产率为58.0%。化合物5的表征数据如下：
1H NMR (500 MHz, THF-d 8 ) δ 11.58-11.60 (b, 2H), 8.93-8.90 (s, 2H),8.66-8.64 (s, 2H),8.55-8.53 (m, 2H), 8.12-8.10 (m, 2H), 7.99-7.97 (m, 2H),7.66-7.64 (m, 2H),7.63-7.62 (m,2H), 7.60-7.58 (m, 2H), 7.55-7.53 (m, 6H),7.37-7.35 (m, 4H), 7.24-7.22 (m, 8H), 7.08-7.06(m, 8H), 7.02-7.00 (m, 4H).13CNMR (126 MHz, THF-d 8 ) δ145.9, 144.8, 136.4, 135.6, 132.1,130.1, 129.6, 128.8,127.6, 127.3, 127.2, 126.8, 126.6, 126.3, 125.7, 125.1, 124.1,123.2,122.5,120.5, 119.8, 117.9, 117.6, 111.1 ppm. HR-MS (ESI) m/z calcd. For (C74H48N4):993.2200. Found: 993.2198.
S4、化合物I的合成：
氮气保护下，在反应器中将化合物5溶于DMF和THF的混合溶剂中，然后缓慢加入NaH，搅拌均匀，然后加入卤代试剂，室温搅拌进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物I；所述的卤代试剂为RBr或RI，其中R为C1~C12的烃基或缩乙二醇单甲醚链。
具体的，所述R选自如下结构中的任意一种：
。
具体的，所述卤代试剂为碘甲烷、碘己烷、2-乙基碘癸烷、1-溴-2-（2-甲氧乙氧基）乙烷、1-溴-2-（2-（2-甲氧乙氧基）乙氧基）乙烷中的任意一种。
实施例1
化合物I-1的合成：
在100mL的单口圆底烧瓶中将化合物5（220mg，993.2g/mol，0.22 mmol）溶解于超干DMF和超干THF中（超干DMF和超干THF的总量为50mL，超干DMF和超干THF体积比1:1），缓慢加入NaH（48mg，24g/mol，2mmol，CAS NO.：7646-69-7），氮气保护下搅拌10min，加入碘甲烷（71mg，141.9g/mol，0.5mmol，CAS NO.：200-819-5），室温搅拌2h，反应完全后将反应液倾入300 mL冰水中，用DCM萃取三次（每次DCM的用量为50mL），合并有机相用无水Na2SO4干燥后，过滤，旋转蒸发除去溶剂得到粗产物，采用硅胶柱分离，洗脱剂为甲苯和石油醚（甲苯和石油醚体积比为1:8），可得到221.2mg化合物I-1，产率为97.5%。
化合物I-1结构表征数据如下：
1H NMR (500 MHz, THF-d 8 ) δ 8.92-8.90 (s, 2H), 8.66-8.63 (s, 2H), 8.55-8.53 (m, 2H),8.12-8.10 (m, 2H), 7.99-7.97 (m, 2H), 7.66-7.64 (m, 2H),7.62-7.60 (m, 2H), 7.59-7.57 (m,2H), 7.55-7.54 (m, 4H), 7.54-7.52 (m, 4H),7.37-7.35 (m, 4H), 7.25-7.23 (m, 8H), 7.09-7.07(m, 6H), 7.02-7.00 (m, 4H), 3.86-3.88 (s, 6H).13C NMR (126 MHz, THF-d 8 ) δ145.9, 144.8,136.4, 135.6, 132.1,130.1, 129.8, 129.6, 128.8, 127.6, 127.3, 127.2, 126.8, 126.6, 126.3,125.7,125.1, 123.2, 122.5,120.5, 119.8, 117.9, 111.2, 29.9 ppm. HR-MS (ESI) m/zcalcd. For(C76H52N4): 1021.2736. Found: 1021.2733.
实施例2
化合物I-2的合成：在100mL的单口圆底烧瓶中将化合物5（220mg，993.2g/mol，0.22mmol）溶解于超干DMF和超干THF中（超干DMF和超干THF的总量为50mL，超干DMF和超干THF体积比1:1），缓慢加入NaH（48mg，24g/mol，2mmol），氮气保护下搅拌10min，加入碘己烷（106mg，212.1g/mol，0.5mmol，CAS NO.：638-45-9），室温搅拌2h，反应完全后将反应液倾入300mL冰水中，用DCM萃取三次（每次DCM的用量为50mL），合并有机相用无水Na2SO4干燥后，过滤，旋转蒸发除去溶剂得到粗产物，采用硅胶柱分离，洗脱剂为甲苯和石油醚（体积比1:6），可得到245.3mg固体化合物I-2，产率为96.0%。
化合物I-2结构表征数据如下：
1H NMR (500 MHz, THF-d 8 ) δ 8.94-8.92 (s, 2H), 8.66-8.62 (s, 2H), 8.55-8.53 (m, 2H),8.12-8.10 (m, 2H), 7.99-7.97 (m, 2H), 7.66-7.64 (m, 2H),7.62-7.60 (m, 2H), 7.59-7.57 (m,2H), 7.55-7.53 (m, 6H), 7.36-7.35 (m, 4H), 7.25-7.23 (m, 8H), 7.09-7.07 (m, 8H), 7.01-7.00(m, 4H), 4.16-4.17 (t, 4H),1.76-1.74 (m, 4H), 1.27-1.29 (m, 12H), 0.86-0.88 (t, 6H).13C NMR (126 MHz, THF-d 8 )δ145.9, 144.8, 136.4, 135.6, 132.1, 130.1, 129.8, 129.6, 128.8,127.6, 127.3,127.2,126.8, 126.6, 126.3, 125.7, 125.1, 123.2, 122.5, 120.5, 119.8, 117.9,111.2, 58.2, 31.5, 29.5, 27.1, 22.7, 14.2 ppm. HR-MS (ESI) m/zcalcd. For(C86H72N4):1161.5416. Found: 1161.5413.
实施例3
化合物I-3的合成：在100mL的单口圆底烧瓶中将化合物5（220mg，993.2g/mol，0.22mmol）溶解于超干DMF和超干THF中（超干DMF和超干THF的总量为50mL，超干DMF和超干THF体积比1:1），缓慢加入NaH（48mg，24g/mol，2mmol），氮气保护下搅拌10min，加入2-乙基碘癸烷（148.1mg，296.2g/mol，0.5mmol，CAS NO.：1044598-79-9），室温搅拌2h，反应完全后将反应液倾入300mL冰水中，用DCM萃取三次（每次DCM的用量为50mL），合并有机相用无水Na2SO4干燥后，过滤，旋转蒸发除去溶剂得到粗产物，采用硅胶柱分离，洗脱剂为甲苯和石油醚（体积比1:6），可得到278.5mg固体化合物I-3，产率为95.2%。
化合物I-3结构表征数据如下：
1H NMR (500 MHz, THF-d 8 ) δ 8.94-8.92 (s, 2H), 8.66-8.62 (s, 2H), 8.55-8.53 (m, 2H),8.12-8.10 (m, 2H), 7.99-7.97 (m, 2H), 7.66-7.64 (m, 2H),7.62-7.60 (m, 2H), 7.59-7.57 (m,2H), 7.55-7.53 (m, 6H), 7.36-7.35 (m, 4H), 7.25-7.23 (m, 8H), 7.09-7.07 (m, 8H), 7.01-7.00(m, 4H), 3.90-3.92 (m, 2H),3.65-3.66 (m, 2H), 1.55-1.57 (m, 4H), 1.25-1.29 (m, 26H),1.19-1.20 (m, 4H), 0.98-0.99 (t, 6H), 0.86-0.88 (t, 6H).13C NMR (126 MHz, THF-d 8 ) δ145.9,144.8, 136.4,135.6, 132.1, 130.1,129.8, 129.6, 128.8, 127.6, 127.3, 127.2, 126.8, 126.6,126.3, 125.7, 125.1, 123.2, 122.5, 120.5, 119.8, 117.9, 111.1, 62.2, 36.6,32.5, 29.9, 29.6,29.3,27.1, 26.3, 22.7, 14.2 11.6 ppm. HR-MS (ESI) m/z calcd.For (C98H96N4): 1329.8632. Found:1329.8629.
实施例4
化合物I-4的合成：在100mL的单口圆底烧瓶中将化合物5（220mg，993.2g/mol，0.22mmol）溶解于超干DMF和超干THF中（超干DMF和超干THF的总量为50mL，超干DMF和超干THF体积比1:1），缓慢加入NaH（48mg，24g/mol，2mmol），氮气保护下搅拌10min，加入1-溴-2-（2-甲氧乙氧基）乙烷（91.5mg，183.1g/mol，0.5mmol，CAS NO.：5414-19-7），室温搅拌2h，反应完全后将反应液倾入300mL冰水中，用DCM萃取三次（每次DCM的用量为50mL），合并有机相用无水Na2SO4干燥后，过滤，旋转蒸发除去溶剂得到粗产物，采用硅胶柱分离，洗脱剂为甲苯和石油醚（体积比1:5），可得到245.9mg固体化合物I-4，产率为91.5%。
化合物I-4结构表征数据如下：
1H NMR (500 MHz, THF-d 8 ) δ 8.94-8.92 (s, 2H), 8.66-8.62 (s, 2H), 8.55-8.53 (m, 2H),8.13-8.11 (m, 2H), 7.99-7.97 (m, 2H), 7.66-7.64 (m, 2H),7.62-7.60 (m, 2H), 7.59-7.57 (m,2H), 7.55-7.53 (m, 6H), 7.37-7.36 (m, 4H), 7.25-7.23 (m, 8H), 7.09-7.07 (m, 8H), 7.01-7.00(m, 4H), 4.46-4.44 (t, 4H),3.65-3.64 (t, 4H), 3.55-3.52 (m, 8H), 3.41-3.40 (s, 6H).13C NMR(126 MHz, THF-d 8 ) δ145.9, 144.8, 136.4, 135.6, 132.1, 130.1, 129.8, 129.6, 128.8, 127.6,127.3,127.2,126.8, 126.6, 126.3, 125.7, 125.1, 123.2, 122.5, 120.5, 119.9, 117.9,111.1, 71.6,71.2, 69.8, 59.3, 57.4 ppm. HR-MS (ESI) m/z calcd. For(C84H68N4O4): 1197.4840. Found:1197.4835.
实施例5
化合物I-5的合成：在100 mL的单口圆底烧瓶中将化合物5（220mg，993.2g/mol，0.22mmol）溶解于超干DMF和超干THF中（超干DMF和超干THF的总量为50mL，超干DMF和超干THF体积比1:1），缓慢加入NaH（48mg，24g/mol，2mmol），氮气保护下搅拌10min，加入1-溴-2-（2-（2-甲氧乙氧基）乙氧基）乙烷（113.6mg，227.1g/mol，0.5 mmol，CAS NO.：5414-19-7），室温搅拌 2 h，反应 完全后将反应液倾入300mL冰水中，用DCM萃取三次（每次DCM的用量为50mL），合并有机相用无水Na2SO4干燥后，过滤，旋转蒸发除去溶剂得到粗产物，采用硅胶柱分离，洗脱剂为甲苯 和石油醚（体积比1:5），可得到257.4mg固体化合物I-5，产率为91.0%。
化合物I-5结构表征数据如下：
1H NMR (500 MHz, THF-d 8 ) δ 8.94-8.92 (s, 2H), 8.66-8.62 (s, 2H), 8.55-8.53 (m, 2H),8.13-8.11 (m, 2H), 7.99-7.97 (m, 2H), 7.66-7.64 (m, 2H),7.62-7.60 (m, 2H), 7.59-7.57 (m,2H), 7.55-7.53 (m, 6H), 7.37-7.36 (m, 4H), 7.25-7.23 (m, 8H), 7.09-7.07 (m, 8H), 7.01-7.00(m, 4H), 4.46-4.44 (t, 4H),3.65-3.64 (t, 4H), 3.55-3.52 (m, 16H), 3.41-3.40 (s, 6H).13C NMR(126 MHz, THF-d 8 ) δ145.9, 144.8, 136.4, 135.6, 132.1, 130.1, 129.8, 129.6, 128.8, 127.6,127.3,127.2,126.8, 126.6, 126.3, 125.7, 125.1, 123.2, 122.5, 120.5, 119.9, 117.9,111.1, 71.6,71.2, 70.4, 70.1, 59.3, 57.4 ppm. HR-MS (ESI) m/z calcd. For(C88H76N4O6): 1285.5922.Found: 1285.5918.
二、钙钛矿太阳能电池应用例：
如图1所示，所述钙钛矿太阳能电池包括基底、透明氧化物电极、电子传输层、光活性层、空穴传输层与金属电极。所述䓛基稠环化合物应用于空穴传输层。所述电子传输层中包括二氧化钛。所述光活性层中包括钙钛矿。
具体制备过程为：首先依次用洗涤剂、去离子水、丙酮和异丙醇在超声仪中清洗基底和透明氧化物电极（即FTO玻璃），每次清洗时间为10分钟。
将0.6mL二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯（CAS NO.:17927-72-9）和0.4mL乙酰丙酮（CAS NO.: 123-54-6）溶于9mL无水乙醇中配成前躯体溶液，再在450℃下，以氧气为载气将制得的前驱体溶液通过喷雾热解法沉积在基底和透明氧化物电极上，形成30nm厚的致密层。将市售的TiO2糊剂（30NR-D）和无水乙醇按质量比为1:6 稀释，然后以2000 rpm s-1的转速旋涂10s使介孔TiO2沉积在基底和透明氧化物电极上，形成100 nm厚的介孔TiO2层，在80℃下干燥10 min，然后将TiO2薄膜在450℃干燥空气流动下热退火30min，再进行紫外-臭氧处理30 min，得到电子传输层。用DMSO/DMF（体积比为1:4）的混合溶液溶解1.30 M PbI2（碘化铅CAS NO.:10101-63-0）、1.19 M FAI（碘甲脒，CASNO.:879643-71-7），0.14 M PbBr2（溴化铅 CAS NO.:10031-22-8）和0.14 M MABr（溴甲脒，CAS NO.:46958-06-7）以及0.07 MCsI（碘化铯，CAS NO.:7789-17-5）制备得到(FAPbI3)0.875 (MAPbBr3)0.075 (CsPbI3)0.05(PbI2)0.03的钙钛矿前驱体溶液，然后在相对湿度小于2%的干燥空气流动下的手套箱中进行光活性层（也称为钙钛矿层）的制备，连续两步以200 rpm s-1的转速旋涂10 s和以2000rpm s-1的转速旋涂30 s，将钙钛矿前躯体溶液沉积在电子传输层上。在程序结束前的前15s，将150μL的氯苯滴在正在旋转的光活性层上，然后将光活性层在120℃下热退火1h，完成光活性层的制备。
空穴传输层的制备也是在相对湿度小于2%的干燥空气流动下的手套箱中进行的，分别将本发明实施例合成的䓛基稠环化合物作为空穴传输层材料，然后在空穴传输层材料中掺 杂0.5当量的HTFSI（二（三氟甲基磺酰）酰胺，CAS NO.:82113-65-3）和0.5当量的t-BP（叔丁基吡啶，CAS NO.:3978-81-2）并配成30 mM氯苯溶液，然后以4000rpm s-1的转速旋涂20s，将其沉积在退火后的光活性层薄膜上，最后真空蒸镀一层120 nm厚的金作为金属电极，完成由本发明䓛基稠环化合物作为空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池器件的制作，钙钛矿太阳能电池的结构如图1所示。
在钙钛矿太阳能电池应用例中，分别采用实施例1-实施例5制备的䓛基稠环化合物I-1、I-2、I-3、I-4 和I-5作为空穴传输层材料，制备得到五类钙钛矿太阳能电池器件，并与以Spiro-OMeTAD作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池作对比（钙钛矿太阳能电池的制备条件完全相同，只是空穴传输层的材料不同），测试所得的光伏性能结果如下表1。
表1 钙钛矿太阳能电池的光伏性能参数
/>
注：电子传输层材料为二氧化钛，光活性层为钙钛矿(FAPbI3)0.875 (MAPbBr3)0.075 (CsPbI3)0.05 (PbI2)0.03。
从以上表格数据可以看出，本发明所述䓛基稠环化合物可作为 钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料，可通过调节侧链结构可进一步提高器件的光电转化效率，以I-1、I-2、I-3、I-4 和I-5作为空穴传输层的器件的光电能量转换效率高于以Spiro-OMeTAD 作为空穴传输层的器件的光电能量转换效率。
本发明所述䓛基稠环化合物其具有以下优点：（1）合成路线简单，合成效率高，具有商业化应用价值；（2）由于其具有非平面大π-共轭骨架，分子间的堆积容易产生更多的分子间接触，结合合适的侧链有利于调控分子的堆积结构，有利于空穴传输。（3）溶解性能好，成膜性好，应用于钙钛矿太阳能电池的光电能量转换效率高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合穷举，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种䓛基稠环化合物，其特征在于，所述䓛基稠环化合物为下式I所示：
；
其中，R为C1~C12的烃基或缩乙二醇单甲醚链。
2.根据权利要求1所述一种䓛基稠环化合物，其特征在于，所述䓛基稠环化合物选自如下结构式中的任意一种：
。
3.一种根据权利要求1或2所述一种䓛基稠环化合物的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：
；
S1、化合物3的合成：
氮气保护下，在反应器中加入化合物1、化合物2、Pd(PPh3)4、K2CO3、H2O和甲苯，加热回流进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物3；
S2、化合物4的合成：
氮气保护下，在反应器中加入化合物3、1-氯代-2-氨基萘、Pd(OAc)2、DPEPhOS、NaO(t-Bu)和甲苯，加热回流进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物4；
S3、化合物5的合成：
氮气保护下，在反应器中加入化合物4、Pd(OAc)2、K2CO3、P(t-Bu)3·HBF4和N,N-二甲基乙酰胺，加热进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物5；
S4、化合物I的合成：
氮气保护下，在反应器中将化合物5溶于DMF和THF的混合溶剂中，然后缓慢加入NaH，搅拌均匀，然后加入卤代试剂，室温搅拌进行反应，反应结束后，经后处理得到化合物I；所述的卤代试剂为RBr或RI，其中R为C1~C12的烃基或缩乙二醇单甲醚链。
4.根据权利要求3所述一种䓛基稠环化合物的制备方法，其特征在于，所述R选自如下结构中的任意一种：
。
5.根据权利要求3所述一种䓛基稠环化合物的制备方法，其特征在于，所述卤代试剂为碘甲烷、碘己烷、2-乙基碘癸烷、1-溴-2-（2-甲氧乙氧基）乙烷、1-溴-2-（2-（2-甲氧乙氧基）乙氧基）乙烷中的任意一种。
6.一种根据权利要求1-2任意一项所述一种䓛基稠环化合物的应用，其特征在于，所述䓛基稠环化合物应用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层；
所述钙钛矿太阳能电池由基底、透明氧化物电极、电子传输层、光活性层、空穴传输层与金属电极组成；
所述电子传输层的材料为二氧化钛，所述光活性层为钙钛矿。
CN202310892435.0A 2023-07-20 2023-07-20 一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用 Active CN116621845B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310892435.0A CN116621845B (zh) 2023-07-20 2023-07-20 一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310892435.0A CN116621845B (zh) 2023-07-20 2023-07-20 一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116621845A CN116621845A (zh) 2023-08-22
CN116621845B true CN116621845B (zh) 2023-10-03

Family

ID=87638535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310892435.0A Active CN116621845B (zh) 2023-07-20 2023-07-20 一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116621845B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190003201A (ko) * 2017-06-30 2019-01-09 한국화학연구원 페로브스카이트 태양전지
CN113788832A (zh) * 2021-08-13 2021-12-14 浙江大学 䓛基氮杂双[6]螺烯类化合物及其在空穴传输材料和太阳能电池中的应用
CN113801057A (zh) * 2021-08-13 2021-12-17 浙江大学 䓛基氮杂[7]螺烯类化合物、制备方法及应用
JP2022180433A (ja) * 2021-05-24 2022-12-06 日本精化株式会社 正孔輸送材料を合成するための前駆体およびその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190003201A (ko) * 2017-06-30 2019-01-09 한국화학연구원 페로브스카이트 태양전지
JP2022180433A (ja) * 2021-05-24 2022-12-06 日本精化株式会社 正孔輸送材料を合成するための前駆体およびその製造方法
CN113788832A (zh) * 2021-08-13 2021-12-14 浙江大学 䓛基氮杂双[6]螺烯类化合物及其在空穴传输材料和太阳能电池中的应用
CN113801057A (zh) * 2021-08-13 2021-12-17 浙江大学 䓛基氮杂[7]螺烯类化合物、制备方法及应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
唐泽丰.䓛基螺烯型空穴传输材料的设计合成及其应用研究.2023,全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116621845A (zh) 2023-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103319378B (zh) 两性离子有机小分子太阳能电池阴极界面材料及其制法和用途
CN108864137B (zh) 一种受体化合物、制备方法、用途以及含有其的光伏电池
CN105315298A (zh) 基于七并稠环单元的a-d-a共轭分子及其制备方法和应用
CN109666033B (zh) 基于九并稠杂环类共轭小分子及其制备方法与应用
CN106543200A (zh) 基于二苯并五元芳杂稠环a‑d‑a型共轭分子及其制备方法
CN109641914B (zh) 用于有机光伏的卟啉材料的设计和合成
CN106810531A (zh) 基于茚并芴九并稠环a‑d‑a型共轭分子及其制备方法
CN112608309B (zh) 一种含芴环基团的非稠环有机小分子材料及其制备方法和应用
CN109517142B (zh) 基于三茚并五元芳杂环的星型d-a结构共轭分子及其制备方法和应用
CN108101834B (zh) 一种咔唑基四胺芘空穴传输材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用
CN113277972B (zh) 基于二苯胺取代咔唑芴杂化的空穴传输材料合成及其在钙钛矿太阳能电池中的应用
CN114507337A (zh) 含有喹喔啉结构的共轭聚合物及其合成方法与应用
CN109956955B (zh) 基于苯并三（环戊二烯并双五元芳杂环）的星型d-a结构共轭分子及其制备方法和应用
CN116621845B (zh) 一种䓛基稠环化合物、制备方法及应用
CN113788832B (zh) 䓛基氮杂双[6]螺烯类化合物及其在空穴传输材料和太阳能电池中的应用
CN110577548A (zh) 基于二噻吩并吡咯的非对称稠杂环小分子电子受体材料及其应用
CN113801057B (zh) 䓛基氮杂[7]螺烯类化合物、制备方法及应用
CN110964040A (zh) 基于苯并氧族二唑的受体材料及其制备方法和应用
CN116621848B (zh) 一种苝基稠环化合物、制备方法及应用
CN110964041B (zh) 一种基于苯并酰亚胺的受体材料及其制备方法和应用
JP2013532190A (ja) キノキサリン単位含有ポルフィリン共重合体及びその製造方法、並びにその応用
CN108774250A (zh) 一种基于三苯胺的星状有机小分子n-型半导体材料及其制备方法与应用
CN112266383B (zh) 一种非螺型有机小分子空穴传输材料的分子平面性增强方法
CN112321614B (zh) 环状有机化合物及其制备方法、高聚物、混合物、组合物、发光器件
CN102453233A (zh) 含金属卟啉-三苯胺有机半导体材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant