CN116731074A - 含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料及应用 - Google Patents
含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116731074A CN116731074A CN202310652681.9A CN202310652681A CN116731074A CN 116731074 A CN116731074 A CN 116731074A CN 202310652681 A CN202310652681 A CN 202310652681A CN 116731074 A CN116731074 A CN 116731074A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- self
- nitrogen heterocyclic
- symmetric
- assembled hole
- material containing
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 47
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- -1 alkyl phosphonic acid Chemical compound 0.000 claims abstract description 11
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 23
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 8
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 7
- 150000003007 phosphonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 7
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 claims description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- BDZBKCUKTQZUTL-UHFFFAOYSA-N triethyl phosphite Chemical compound CCOP(OCC)OCC BDZBKCUKTQZUTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PAAZPARNPHGIKF-UHFFFAOYSA-N 1,2-dibromoethane Chemical compound BrCCBr PAAZPARNPHGIKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ADOBXTDBFNCOBN-UHFFFAOYSA-N 1-heptadecene Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC=C ADOBXTDBFNCOBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GQEZCXVZFLOKMC-UHFFFAOYSA-N 1-hexadecene Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCC=C GQEZCXVZFLOKMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 1-nonene Chemical compound CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IBXNCJKFFQIKKY-UHFFFAOYSA-N 1-pentyne Chemical compound CCCC#C IBXNCJKFFQIKKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HFDVRLIODXPAHB-UHFFFAOYSA-N 1-tetradecene Chemical compound CCCCCCCCCCCCC=C HFDVRLIODXPAHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- DCTOHCCUXLBQMS-UHFFFAOYSA-N 1-undecene Chemical compound CCCCCCCCCC=C DCTOHCCUXLBQMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N Dodecane Chemical group CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LPIQUOYDBNQMRZ-UHFFFAOYSA-N cyclopentene Chemical compound C1CC=CC1 LPIQUOYDBNQMRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000000532 dioxanyl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 4
- 125000000959 isobutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 claims description 4
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 claims description 4
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 4
- ZGEGCLOFRBLKSE-UHFFFAOYSA-N methylene hexane Natural products CCCCCC=C ZGEGCLOFRBLKSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 4
- 125000004108 n-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 4
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 4
- 125000002914 sec-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 claims description 4
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 4
- JRMUNVKIHCOMHV-UHFFFAOYSA-M tetrabutylammonium bromide Chemical compound [Br-].CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC JRMUNVKIHCOMHV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N phosphonic acid group Chemical group P(O)(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CRSBERNSMYQZNG-UHFFFAOYSA-N 1 -dodecene Natural products CCCCCCCCCCC=C CRSBERNSMYQZNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 1-hexene Chemical compound CCCCC=C LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KWKAKUADMBZCLK-UHFFFAOYSA-N 1-octene Chemical compound CCCCCCC=C KWKAKUADMBZCLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000001204 arachidyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 2
- GRADOOOISCPIDG-UHFFFAOYSA-N buta-1,3-diyne Chemical group [C]#CC#C GRADOOOISCPIDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- HYPABJGVBDSCIT-UPHRSURJSA-N cyclododecene Chemical compound C1CCCCC\C=C/CCCC1 HYPABJGVBDSCIT-UPHRSURJSA-N 0.000 claims description 2
- CHVJITGCYZJHLR-UHFFFAOYSA-N cyclohepta-1,3,5-triene Chemical compound C1C=CC=CC=C1 CHVJITGCYZJHLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 claims description 2
- KDUIUFJBNGTBMD-VXMYFEMYSA-N cyclooctatetraene Chemical compound C1=C\C=C/C=C\C=C1 KDUIUFJBNGTBMD-VXMYFEMYSA-N 0.000 claims description 2
- URYYVOIYTNXXBN-UPHRSURJSA-N cyclooctene Chemical compound C1CCC\C=C/CC1 URYYVOIYTNXXBN-UPHRSURJSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004913 cyclooctene Substances 0.000 claims description 2
- 125000000640 cyclooctyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000001511 cyclopentyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000002704 decyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 125000005070 decynyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C#C* 0.000 claims description 2
- 229940069096 dodecene Drugs 0.000 claims description 2
- 125000003438 dodecyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 125000002541 furyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000003055 glycidyl group Chemical group C(C1CO1)* 0.000 claims description 2
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000004051 hexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 125000005980 hexynyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 125000002463 lignoceryl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 125000001421 myristyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- AFFLGGQVNFXPEV-UHFFFAOYSA-N n-decene Natural products CCCCCCCCC=C AFFLGGQVNFXPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000001400 nonyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000005071 nonynyl group Chemical group C(#CCCCCCCC)* 0.000 claims description 2
- 125000002347 octyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000005069 octynyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C#C* 0.000 claims description 2
- 125000000913 palmityl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000002958 pentadecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N pentamethylene Natural products C1CCCC1 RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YWAKXRMUMFPDSH-UHFFFAOYSA-N pentene Chemical compound CCCC=C YWAKXRMUMFPDSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000001147 pentyl group Chemical group C(CCCC)* 0.000 claims description 2
- 125000004368 propenyl group Chemical group C(=CC)* 0.000 claims description 2
- 125000002568 propynyl group Chemical group [*]C#CC([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000004076 pyridyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000000168 pyrrolyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000002943 quinolinyl group Chemical group N1=C(C=CC2=CC=CC=C12)* 0.000 claims description 2
- 125000004079 stearyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 229940095068 tetradecene Drugs 0.000 claims description 2
- 125000001544 thienyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- BHBIPLOIWQSVID-UHFFFAOYSA-N thiohypofluorous acid Chemical compound SF BHBIPLOIWQSVID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000002469 tricosyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000002889 tridecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000002948 undecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 2
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims 1
- 125000002485 formyl group Chemical class [H]C(*)=O 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 14
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 4
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract description 4
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011799 hole material Substances 0.000 description 25
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 17
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical group OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 8
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 6
- 239000007810 chemical reaction solvent Substances 0.000 description 6
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 239000012043 crude product Substances 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 4
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000010898 silica gel chromatography Methods 0.000 description 4
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 4
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 4
- 238000004809 thin layer chromatography Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IYYIVELXUANFED-UHFFFAOYSA-N bromo(trimethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)Br IYYIVELXUANFED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001716 carbazoles Chemical class 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 9H-carbazole Chemical compound C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000000609 carbazolyl group Chemical group C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3NC12)* 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005232 molecular self-assembly Methods 0.000 description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- HBENZIXOGRCSQN-VQWWACLZSA-N (1S,2S,6R,14R,15R,16R)-5-(cyclopropylmethyl)-16-[(2S)-2-hydroxy-3,3-dimethylpentan-2-yl]-15-methoxy-13-oxa-5-azahexacyclo[13.2.2.12,8.01,6.02,14.012,20]icosa-8(20),9,11-trien-11-ol Chemical compound N1([C@@H]2CC=3C4=C(C(=CC=3)O)O[C@H]3[C@@]5(OC)CC[C@@]2([C@@]43CC1)C[C@@H]5[C@](C)(O)C(C)(C)CC)CC1CC1 HBENZIXOGRCSQN-VQWWACLZSA-N 0.000 description 1
- PHDIJLFSKNMCMI-ITGJKDDRSA-N (3R,4S,5R,6R)-6-(hydroxymethyl)-4-(8-quinolin-6-yloxyoctoxy)oxane-2,3,5-triol Chemical compound OC[C@@H]1[C@H]([C@@H]([C@H](C(O1)O)O)OCCCCCCCCOC=1C=C2C=CC=NC2=CC=1)O PHDIJLFSKNMCMI-ITGJKDDRSA-N 0.000 description 1
- QKLXBIHSGMPUQS-FGZHOGPDSA-M (3r,5r)-7-[4-(4-fluorophenyl)-2,5-dimethyl-1-phenylpyrrol-3-yl]-3,5-dihydroxyheptanoate Chemical compound CC1=C(CC[C@@H](O)C[C@@H](O)CC([O-])=O)C(C=2C=CC(F)=CC=2)=C(C)N1C1=CC=CC=C1 QKLXBIHSGMPUQS-FGZHOGPDSA-M 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical group [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- 229920001167 Poly(triaryl amine) Polymers 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 description 1
- SRVFFFJZQVENJC-IHRRRGAJSA-N aloxistatin Chemical compound CCOC(=O)[C@H]1O[C@@H]1C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)NCCC(C)C SRVFFFJZQVENJC-IHRRRGAJSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000032050 esterification Effects 0.000 description 1
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N hexane Substances CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- LQBJWKCYZGMFEV-UHFFFAOYSA-N lead tin Chemical compound [Sn].[Pb] LQBJWKCYZGMFEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 125000000250 methylamino group Chemical group [H]N(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000002094 self assembled monolayer Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
- C07F9/02—Phosphorus compounds
- C07F9/547—Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom
- C07F9/6561—Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom containing systems of two or more relevant hetero rings condensed among themselves or condensed with a common carbocyclic ring or ring system, with or without other non-condensed hetero rings
-
- 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
- H10K85/649—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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料及其应用，以具刚性共轭平面的大π对称氮杂环基元为母核，共轭平面的大π对称氮杂环结构有利于分子在自组装过程中形成分子间共轭平面的重叠，实现自身离域电子迁移能力的增强。此外，以烷基膦酸为锚定基团，在与导电基底结合后，能够使钙钛矿价带边与传输层能级更加匹配，有利于实现载流子的快速抽取。本发明采用简单、高效的合成步骤，具有合成条件温和，底物及催化剂成本低廉，后处理步骤简单，目标产物产率高等显著优点，有利于载流子的快速抽取和传输动力学的提升，降低非辐射复合对器件性能的影响，实现钙钛矿光伏器件的光电转化效率的有效提升。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池中新型自组装空穴选择材料领域，特别涉及一种含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。
背景技术
尽管钙钛矿太阳能电池因高的光吸收系数、较长的载流子寿命和扩散长度，以及制备成本低，易于实现规模化制备等显著优势而引起了极大的关注，但是由于钙钛矿光吸收层与各功能层界面间往往存在较大的界面能量损失，目前钙钛矿太阳能电池仍表现出较低的光电转化效率与较差的稳定性。
分子自组装层是由基底上的化学吸附自组装而成的功能有序有机分子层，它可以减少钙钛矿光吸收层和空穴选择接触层之间界面能量损失，提高钙钛矿光伏器件的开路电压。与传统的空穴传输聚合物(如PTAA和PEDOT)不同，超薄分子自组装层可以作为一种高效的空穴选择接触层，形成有效的钝化界面，降低传输损失，并实现空穴载流子的高效抽取。此外，分子自组装层材料的使用不仅显著降低了材料消耗和寄生吸收，还有利于实现更环保的器件加工工艺，便于钙钛矿太阳能电池在未来快速实现商业化生产与加工。
咔唑基团具有富电子性质，适合作为分子自组装层材料。在早期的研究中，使用带有线性烷基链和膦酸锚定基团的咔唑衍生物材料作为自组装单分子层，在钙钛矿太阳能电池中实现了20％以上的光电转换效率。但是，咔唑基团仅有3个共轭环结构，较小的共轭面积决定了该分子在导电基底上自组装时，分子间的面堆积不够紧密，对空穴载流子抽取的提升有限，因此严重限制了咔唑衍生物在钙钛矿太阳能电池中的商业化应用。目前对于分子自组装层材料在光伏钙钛矿中的研究尚处于初期阶段，除了咔唑衍生物之外，其他有关新型的分子自组装层材料在光伏钙钛矿中的报道屈指可数。
因此，探索新型高性能、低成本分子自组装层材料具有重大的实践意义和应用价值
发明内容
本发明的目的在于提供一种含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料及应用，采用具有强大的供电性的大π对称氮杂环基团作为基元制备得到自组装空穴选择材料，提升分子内离域电子的迁移能力和载流子的抽取，并将其应用于钙钛矿基太阳能电池中，具有成本低廉、空穴迁移率高、适用于大规模溶剂加工的特点。
为实现以上目的，本方案采用如下的技术方案：
第一方面，本方案提供了一种含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料，该自组装空穴选择材料以大π对称氮杂环为母核，膦酸基元为锚定基团，化学结构通式如下式I-式III所示：
相比于咔唑的小π共轭结构，本方案提供的自组装空穴材料选择材料中的大π对称氮杂环基团具有更强的供电性，这类化合物一般都具有较低的HOMO能级；同时，这类分子较大的共轭平面结构也有助于提升分子内离域电子的迁移能力和载流子的抽取；而且大π对称氮杂环基团的平面刚性结构使得这类化合物具有良好的热稳定性。
在一些实施例中，式I-式III中的R分别独立地选自氢、链状烷基、链状烯基、链状炔基、链状烷氧基、环状烷基、环状烯基、环状烷氧基、芳基、杂芳基。
若R选择为链状烷基，则所述的链状烷基选自含有取代基或不含取代基的甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一碳烷基、十二碳烷基、十三碳烷基、十四碳烷基、十五碳烷基、十六碳烷基、十八碳烷基、二十碳烷基、二十三碳烷基或二十四碳烷基。
若R选择为链状烯基，则所述的链状烯基选自含有取代基或不含取代基的乙烯基、丙烯基、丁二烯基、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、壬烯、癸烯、十一碳烯、十二碳烯、十四碳烯、十六碳烯、十七碳烯。
若R选择为链状炔基，则所述的链状炔基选自含有取代基或不含取代基的丙炔基、丁二炔基、戊炔、己炔、庚炔、辛炔、壬炔、癸炔、十一炔、十三炔、十四炔、十五炔、十六炔。
若R选择为链状烷氧基，所述的链状烷氧基选自含有取代基或不含取代基的C1-C16的烷氧基。
若R选择为环状烷基，所述的环状烷基选自含有取代基或不含取代基的环戊基、环己基、环辛基。
若R选择为环状烯基，所述的环状烯基选自含有取代基或不含取代基的环戊烯、环辛烯、环庚三烯、环辛四烯、环十二烯。
若R选择为环状烷氧基，所述的环状烷氧基选自含有取代基或不含取代基的环氧丙烷基、环氧己基、环氧戊基、二氧环戊基、二氧六环基。
若R选择杂芳基，所述的杂芳基选自含有取代基或不含取代基的噻吩基、呋喃基、吡咯基、吡啶基、喹啉基。
所述的取代基选自甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、羟基、羧基、巯基、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、甲氨基、醛基或其中的一种。
*处为连接位点。
作为优选方案，本方案提供的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料优选地具有如下W-1，W-2所示的结构式：
优选的，本方案提供的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料需要同时具有良好的大π共轭的分子主体结构、能和基底进行稳定的化学锚定的锚定基团以及良好的空穴抽取性能。优选的，化合物W1,W2的单个分子上具有两个磷酸基团，和基底的化学锚定作用更强。第二方面，本方案提供了一种含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：取大π对称氮杂环类单体与1，2-二溴乙烷和四丁基溴化铵，混合进行反应得到第一化合物；
步骤(2)：取第一化合物与亚磷酸三乙酯反应得到第二化合物；
步骤(3)：取第二化合物水解得到大π对称氮杂环膦酸衍生物作为含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料。
关于该制备方法的步骤如下所示：
此时大π对称氮杂环类单体的结构式如式(1)所示，第一化合物的结构式如式(2)所示，第二化合物的结构式如式(3)所示，得到的大π对称氮杂环膦酸衍生物的结构式如式(4)所示，同样的，大π对称氮杂环膦酸衍生物作的结构式如式(I)所示。
在一些实施例中，步骤(1)中，反应在惰性气体氮气或氩气保护下，所述反应在碱性条件下进行，碱性条件可选氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂等；所述反应时间为1～24h，例如2h；反应温度为40～80℃。
在一些实施例中，步骤(2)中，反应在惰性气体氮气或氩气保护下，所述反应在溶剂中进行，优选溶剂即为酯化反应物亚磷酸三乙酯；所述反应时间1～24h，例如为10h；反应温度为80～180℃。
在一些实施例中，步骤(3)中，反应在惰性气体氮气或氩气保护下，所述反应在溶剂中进行，所述溶剂为四氢呋喃、1,4-二氧六环、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、正己烷。更优选地，溶剂选择为1,4-二氧六环；所述反应的水解催化剂优选为三甲基溴硅烷；反应淬灭试剂为甲醇；所述反应时间为1～48h，例如20h；反应温度为0～40℃。
第三方面，本方案提供了一种含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料的应用，应用于钙钛矿基太阳能电池。
在一些实施例中，钙肽矿基太阳能电池依次包括基底/SAM/钙钛矿/ETL/背电极，所述含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料作为SAM层的材料。在一些实施例中，含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料通过浸泡、刮涂、旋涂、LB拉膜法或蒸镀等方法制备。
在一些实施例中，所述钙钛矿太阳能电池结构中的所述基底为ITO、FTO、AZO、IZO、石墨烯导电基底、Ag纳米线导电基底、Cu纳米线导电基底、Si或CIGS等。
在一些实施例中，所述钙钛矿太阳能电池结构中的所述钙钛矿吸光层为铅基钙钛矿、锡基钙钛矿或锡铅钙钛矿等，钙钛矿光吸收层可通过旋涂、刮涂、狭缝涂布、丝网印刷、喷涂法、油墨打印、卷对卷工艺或者蒸镀等方法制备。
在一些实施例中，所述钙钛矿太阳能电池结构中的所述ETL为C60、C70、PC61BM、PC71BM、TiO2、ZnO或SnO2等，所述ETL可通过旋涂、刮涂、蒸镀、原子沉积(ALD)或磁控溅射等方法制备。
在一些实施例中，所述钙钛矿太阳能电池结构中的所述背电极为Ag、Cu、Au、Al、Cr、ITO、IZO、AZO、FTO或C电极等，所述背电极可通过刮涂、狭缝涂布、丝网印刷、热蒸镀、原子沉积(ALD)或磁控溅射等方法制备。
在一些实施例中，钙钛矿基太阳能电池可制备成单面或者双面器件。
在一些实施例中，在所述钙钛矿太阳能电池结构中，钙钛矿基太阳能电池可作为单节器件或者四端硅/钙钛矿、CIGS/钙钛矿或有机/钙钛矿叠层太阳能电池的子电池之一来使用。
在一些实施例中，在所述钙钛矿太阳能电池结构中，钙钛矿基太阳能电池可作为双节和三节硅/钙钛矿、CIGS/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿或有机/钙钛矿叠层太阳能电池的子电池之一来使用。
相较于现有技术，本技术方案具有以下特点和有益效果：
本方案提供的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料以具有刚性共轭平面的含大π对称氮杂环基元为母核，其中，高度离域的分子内电荷有利于分子间刚性共轭平面的重叠，实现自身离域电子迁移能力的增强，并作用于载流子的抽取与传输动力学的提升。同时，含大π对称氮杂环基元的平面刚性结构保证了该类化合物具有良好的热稳定性，有利于光伏钙钛矿工作稳定性的提升，此外，以烷基膦酸为锚定基团，在与导电基底结合后，能够使钙钛矿价带边与传输层能级更加匹配，有利于实现载流子的快速抽取。本发明采用简单、高效的合成步骤，具有合成条件温和，底物及催化剂成本低廉，后处理步骤简单，目标产物产率高等显著优点。本发明采用简单、高效的合成步骤，并同时具有合成条件温和，底物及催化剂成本低廉，后处理步骤简单，目标产物产率高等显著优点。将所合成的W-1和W-2用于钙钛矿基太阳能电池的自组装空穴选择材料，可获得大于21％的光电转化效率。因此，本发明所涉及的大π对称氮杂环膦酸衍生物作为钙钛矿太阳能电池的自组装空穴选择材料有利于实现钙钛矿与传输层间的能级匹配，提高载流子抽取与传输效率，同时有效降低非辐射复合对开路电压的影响，最终实现钙钛矿光伏器件的光电转化效率的明显提升。
附图说明
图1是钙钛矿太阳能电池结构示意图
图2基于W-1钙钛矿太阳能电池J-V曲线
图3基于W-2钙钛矿太阳能电池J-V曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
实施例1：化学式如式W-1的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料的合成：
中间体1b的合成：
将结构式如式1a的化合物溶于1,2-二溴乙烷(18mL)中，向反应液中加入四丁基溴化铵(0.08g,0.25mmol)以及50％氢氧化钾水溶液(17mL)，70℃加热搅拌反应体系5小时(反应体系采用薄层层析法，石油醚:乙酸乙酯的体积比为8:1)，反应结束后，用乙酸乙酯对有机相进行萃取。用无水硫酸钠干燥有机相，过滤，减压蒸馏反应溶剂。用硅胶柱层析分离法对反应得到的粗产品进行纯化，展开剂的比例从体积比为20：1的石油醚:乙酸乙酯逐渐变成体积比为10：1的石油醚:丙酮，最终得到10mg纯的白色粉末状固体产物1b。
中间体1c的合成：
在氩气气氛下，将化合物1b(30mg，0.064mmol)溶于亚磷酸三乙酯(1.3mL)中，165℃加热搅拌反应体系20小时。反应结束后(反应体系采用薄层层析法，石油醚:丙酮的体积比为3:1)，减压蒸馏反应溶剂。用硅胶柱层析分离法对反应得到的粗产品进行纯化，展开剂的比例从体积比为5：1的石油醚:丙酮逐渐变成体积比为1：1的石油醚:丙酮，最终得到20mg纯的黄色固体分泌状产物1c。
化合物DPICZ-1的合成：
在氩气气氛下，将化合物1c(30mg)溶于干燥的1,4-二氧六环(10mL)中。随后向反应体系中逐滴滴加三甲基溴硅烷(1.5mL)。在氩气气氛下25℃搅拌反应24小时。减压蒸馏反应溶剂。将固体残留物溶于甲醇(5mL)，然后逐滴滴加去离子水(13mL)，直到澄清透明的溶液变成乳白色不透明状，在室温下搅拌15小时。用真空条件对反应体系进行浓缩，过滤。用去离子水洗涤滤饼，最终得到纯的白色粉末状固体产物W-1。
实施例二：化学式如式W-2的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料的合成：
中间体2b的合成：
将2a溶于1,2-二溴乙烷(18mL)中，向反应液中加入四丁基溴化铵(0.08g,0.25mmol)以及50％氢氧化钾水溶液(17m L)，70℃加热搅拌反应体系5小时(反应体系为薄层层析法，石油醚:乙酸乙酯的体积比为8:1)。反应结束后，用乙酸乙酯对有机相进行萃取。用无水硫酸钠干燥有机相，过滤，减压蒸馏反应溶剂。用硅胶柱层析分离法对反应得到的粗产品进行纯化，展开剂的比例从体积比为20：1的石油醚:乙酸乙酯逐渐变成体积比为10：1的石油醚:丙酮，最终得到10mg纯的白色粉末状固体产物2b。
中间体2c的合成：
在氩气气氛下，将化合物2b(30mg，0.064mmol)溶于亚磷酸三乙酯(1.3mL)中，165℃加热搅拌反应体系25小时。反应结束后(反应体系为薄层层析法，体积比为3：1的石油醚:丙酮)，减压蒸馏反应溶剂。用硅胶柱层析分离法对反应得到的粗产品进行纯化，展开剂的比例从体积比为5：1的石油醚:丙酮逐渐变成体积比为1：1的石油醚:丙酮，最终得到20mg纯的棕褐色油状产物2c。化合物DPICZ-2的合成：
在氩气气氛下，将化合物2c(30mg，0.058mmol)溶于干燥的1,4-二氧六环(10mL)中。随后向反应体系中逐滴滴加三甲基溴硅烷(1.5mL)。在氩气气氛下25℃搅拌反应24小时。减压蒸馏反应溶剂。将固体残留物溶于甲醇(5mL)，然后逐滴滴加去离子水(13mL)，直到澄清透明的溶液变成乳白色不透明状，在室温下搅拌15小时。用真空条件对反应体系进行浓缩，过滤。用去离子水洗涤滤饼，最终得到纯的白色粉末状固体产物W-2。
实施例3：
以实施例1和2制得的W-1和W-2作为自组装空穴选择材料制备钙钛矿太阳能电池。如图1所示，钙钛矿太阳能电池的结构为ITO/SAM/钙钛矿/C60/BCP/Ag：将ITO导电玻璃依次用玻璃清洗剂、丙酮和异丙醇超声清洗30分钟，用氮气枪将ITO玻璃吹干净后，等离子体清洗30分钟。以实施例1和2制得的W-1和W-2作为空穴选择接触层，制成溶液浓度为0.6mg mL-1的乙醇/N-N-二甲基甲酰胺溶液(体积比为3:1)，吸取80μL DPICZ-1或DPICZ-2溶液于ITO玻璃上，3000rpm旋转30秒，130℃热退火处理20分钟。接下来，将1.7M的Cs0.05MA0.05FA0.9PbI2.95Br0.05钙钛矿溶液旋涂到W-1或W-2表面，110℃热退火处理20分钟。冷却之后，在钙钛矿薄膜表面分别蒸镀40nm C60和6nm BCP。最后，真空热蒸镀120nm的Ag作为顶电极，从而完成钙钛矿太阳能电池器件的制备，器件的有效面积为0.095cm2。使用氙灯太阳光模拟器，测试光源强度为AM 1.5G(100mW cm-2)，对钙钛矿太阳能电池器件的开路电压、短路电流、填充因子和光电转换效率进行测试。
基于实施例1中制得的W-1，按照上述的方法制备并表征反式钙钛矿太阳能电池器件。其电池器件性能的电流-电压(J-V)特性曲线见图2，其中正扫开路电压(Voc)为1.102V，短路电流密度(Jsc)为23.85mA cm-2，填充因子(FF)为0.734，光电转化效率(PCE)为19.29％；反扫开路电压(Voc)为1.103V，短路电流密度(Jsc)为23.63mA cm-2，填充因子(FF)为0.796，光电转化效率(PCE)为20.75％。
基于实施例2中制得的W-2，按照上述的方法制备并表征反式钙钛矿太阳能电池器件。其电池器件性能的电流-电压(J-V)特性曲线见图3，其中正扫开路电压(Voc)为1.123V，短路电流密度(Jsc)为25.11mA cm-2，填充因子(FF)为0.787，光电转化效率为(PCE)22.19％；反扫开路电压(Voc)为1.118V，短路电流密度(Jsc)为25.26mA cm-2，填充因子FF为0.769，光电转化效率(PCE)为21.72％。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料，其特征在于，该自组装空穴选择材料以大π对称氮杂环为母核，膦酸基元为锚定基团，化学结构通式如下式I-式III所示：
2.根据权利要求1所述的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料，其特征在于，式I-式III中的R分别独立地选自氢、链状烷基、链状烯基、链状炔基、链状烷氧基、环状烷基、环状烯基、环状烷氧基、芳基、杂芳基。
3.根据权利要求2所述的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料，其特征在于，若R选择为链状烷基，则所述的链状烷基选自含有取代基或不含取代基的甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一碳烷基、十二碳烷基、十三碳烷基、十四碳烷基、十五碳烷基、十六碳烷基、十八碳烷基、二十碳烷基、二十三碳烷基或二十四碳烷基；若R选择为链状烯基，则所述的链状烯基选自含有取代基或不含取代基的乙烯基、丙烯基、丁二烯基、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、壬烯、癸烯、十一碳烯、十二碳烯、十四碳烯、十六碳烯、十七碳烯；若R选择为链状炔基，则所述的链状炔基选自含有取代基或不含取代基的丙炔基、丁二炔基、戊炔、己炔、庚炔、辛炔、壬炔、癸炔、十一炔、十三炔、十四炔、十五炔、十六炔；若R选择为链状烷氧基，所述的链状烷氧基选自含有取代基或不含取代基的C1-C16的烷氧基；若R选择为环状烷基，所述的环状烷基选自含有取代基或不含取代基的环戊基、环己基、环辛基；若R选择为环状烯基，所述的环状烯基选自含有取代基或不含取代基的环戊烯、环辛烯、环庚三烯、环辛四烯、环十二烯；若R选择为环状烷氧基，所述的环状烷氧基选自含有取代基或不含取代基的环氧丙烷基、环氧己基、环氧戊基、二氧环戊基、二氧六环基；若R选择杂芳基，所述的杂芳基选自含有取代基或不含取代基的噻吩基、呋喃基、吡咯基、吡啶基、喹啉基。
4.根据权利要求3所述的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料，其特征在于，所述的取代基选自甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、羟基、羧基、巯基、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、甲氨基、醛基或其中的一种。
5.根据权利要求1所述的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料，其特征在于，该含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料的化学结构式如式W-1，W-2所示：
6.一种含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：取大π对称氮杂环类单体与1，2-二溴乙烷和四丁基溴化铵，混合进行反应得到第一化合物；
步骤(2)：取第一化合物与亚磷酸三乙酯反应得到第二化合物；
步骤(3)：取第二化合物水解得到大π对称氮杂环膦酸衍生物作为如权利要求1到5任一所述的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料。
7.根据权利要求6所述的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
大π对称氮杂环类单体的结构式如式(1)所示，第一化合物的结构式如式(2)所示，第二化合物的结构式如式(3)所示，得到的大π对称氮杂环膦酸衍生物的结构式如式(4)所示，同样的，大π对称氮杂环膦酸衍生物作的结构式如式(I)所示。
8.根据权利要求6所述的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，反应在惰性气体氮气或氩气保护下，所述反应在碱性条件下进行；步骤(2)中，反应在惰性气体氮气或氩气保护下，所述反应在溶剂中进行；步骤(3)中，反应在惰性气体氮气或氩气保护下，所述反应在溶剂中进行。
9.一种根据权利要求1到5任一所述的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料的应用，其特征在于，应用于钙钛矿基太阳能电池。
10.根据权利要求9所述的含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料的应用，其特征在于，钙钛矿基太阳能电池依次包括基底/SAM/钙钛矿/ETL/背电极，所述含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料作为SAM层的材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310652681.9A CN116731074A (zh) | 2023-06-02 | 2023-06-02 | 含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310652681.9A CN116731074A (zh) | 2023-06-02 | 2023-06-02 | 含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料及应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116731074A true CN116731074A (zh) | 2023-09-12 |
Family
ID=87907289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310652681.9A Pending CN116731074A (zh) | 2023-06-02 | 2023-06-02 | 含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116731074A (zh) |
-
2023
- 2023-06-02 CN CN202310652681.9A patent/CN116731074A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3648187B1 (en) | Perovskite solar cell | |
| CN109337047B (zh) | 一种双缆聚合物的制备方法及应用 | |
| CN112707882B (zh) | 螺[芴-9,9’-氧杂蒽]核空穴传输材料及其制备方法和应用 | |
| 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 | |
| CN107805254B (zh) | 一种卟啉小分子钙钛矿阴极缓冲层材料及其制备方法与应用 | |
| CN110156616B (zh) | 基于芴乙烯桥联芳香环核的免掺杂空穴传输材料的合成方法及其在钙钛矿电池中的应用 | |
| CN112279856B (zh) | 一种非外围取代的可溶性金属酞菁及其合成方法和应用、一种钙钛矿太阳能电池 | |
| CN115819457A (zh) | 一种含膦酸与甲硫基的咔唑类有机小分子空穴传输材料及其制备方法和应用 | |
| CN113880862B (zh) | 一种具备协同组装特性的非富勒烯受体及其制备方法与应用 | |
| CN111689867A (zh) | 一种空穴传输层材料及其制备方法、钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN114349771B (zh) | 一种六苯并蔻基非富勒烯受体材料及其制备和应用 | |
| CN113943301B (zh) | 一种用于钙钛矿太阳能电池的金属卟啉类空穴传输材料 | |
| CN116731074A (zh) | 含大π对称氮杂环基元的自组装空穴选择材料及应用 | |
| CN113072533B (zh) | 一种非稠合电子受体材料及其构筑的有机太阳能电池 | |
| CN111138454B (zh) | 一种基于茚并[1,2-b]咔唑的空穴传输材料及其制备方法和应用 | |
| CN111171046B (zh) | 一种基于四噻吩并吡咯的免掺杂空穴传输材料及其合成方法和应用 | |
| CN111454262B (zh) | 阴极界面修饰层材料以及钙钛矿太阳能电池 | |
| CN110627667B (zh) | 一类哑铃型空穴传输材料、合成方法和钙钛矿太阳能电池 | |
| CN111153914B (zh) | 一种非对称空穴传输材料及其制备方法和应用 | |
| CN115322164B (zh) | 一种新型d1-d2-a化合物及其应用 | |
| CN115838480B (zh) | 一种聚富勒烯高分子材料及其制备方法和应用 | |
| CN113956271B (zh) | 一种光下转换材料及制备方法和光下转换胶膜及光伏组件 | |
| CN116854600B (zh) | p型有机半导体掺杂剂及制备和钙钛矿半导体器件 | |
| CN116284134A (zh) | 含苯并噻吩基元的自组装空穴传输材料、合成方法及应用 | |
| CN113105464B (zh) | 一类基于卟啉和富勒烯的单组分光伏材料及其制备方法与应用 |
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 |