可聚合金属酞菁及其制备方法、太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种可聚合金属酞菁及其制备方法、太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池发展迅速，因其具有优异的吸光系数、可调谐带隙、合适的禁带宽度、较高的电荷迁移率与较长的电荷扩散长度等优点，受到业界广泛关注。一般钙钛矿太阳能电池包括阳极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和阴极，其中，空穴传输层作为载流子的传输通道，起着提取和传输空穴的作用。目前使用较为广泛的空穴传输材料为2,2",7,7"-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-ometad)，但其需通过掺杂材料来提升空穴迁移率。但掺杂材料(如锂盐)的引入往往会导致钙钛矿太阳能电池的器件稳定性降低。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种可聚合金属酞菁及其制备方法、太阳能电池及其制备方法，以解决现有的太阳能电池的器件稳定性较差的技术问题。

2、为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

3、本申请实施例提供一种一种可聚合金属酞菁，所述可聚合金属酞菁的结构式如下式(i)所示：

4、

5、其中，m选自锌、镍、铜、钯、铝、铁、钴、镁、铂、铟、钌、钛、铅、镓或锰；

6、r1、r2、r3、r4彼此独立地选自其中，r5与式(i)中的o键接，r5选自单键、至少一个h被烷氧基取代或未取代的碳原子数为1～2的烷基、或碳原子数为2～4的烷氧醚基，l选自o或单键，且l选自o、r5选自单键不同时发生，r6包括端基为取代或未取代的烯基、或取代或未取代的炔基的基团。

7、在本申请的一些实施例中，所述r5选自碳原子数为1～2的烷基，r6选自烯基、炔基或苯烯基。

8、在本申请的一些实施例中，所述可聚合金属酞菁包括以下结构式中的至少一种：

9、其中，r6每次出现时彼此独立地选自烯基、炔基或含有一个苯环的苯烯基。

10、在本申请的一些实施例中，所述可聚合金属酞菁包括以下结构式中的至少一种：

11、

12、

13、

14、本申请实施例还提供一种上述实施例中的可聚合金属酞菁的制备方法，包括以下步骤：

15、将4-硝基邻苯二甲腈与第一反应物在第一温度下进行第一反应、除杂，得到第一中间体，其中，第一反应物的结构式为：所述第一中间体的结构式为：

16、将所述第一中间体与1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯在第二温度下进行第二反应、除杂，得到第二中间体，其中，所述第二中间体的结构式为：

17、

18、将所述第二中间体与m金属的金属盐在第三温度下进行第三反应、除杂，得到所述可聚合金属酞菁，其中，所述可聚合金属酞菁的结构式为：

19、

20、在本申请的一些实施例中，4-硝基邻苯二甲腈与所述第一反应物的摩尔比为1:(1～2)；和/或第二中间体与所述金属盐中的m金属离子的摩尔比为1:(1～3)。

21、在本申请的一些实施例中，所述第一温度为55～65℃，第一反应的时间为3～5h；和/或第二温度为135～145℃，第二反应的时间为13～17h；和/或第三温度为155～165℃，所述第三反应的时间为4～8h。

22、本申请实施例还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括依次层叠的第一电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及第二电极，所述空穴传输层包括金属酞菁聚合物；或者，所述太阳能电池包括依次层叠的第一电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、界面层、空穴传输层以及第二电极，所述界面层包括金属酞菁聚合物；其中，所述金属酞菁聚合物包括由上述实施例的可聚合金属酞菁聚合而成的聚合物，或包括由上述实施例的制备方法制得的可聚合金属酞菁聚合而成的聚合物。

23、本申请实施例还提供一种太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

24、提供包括依次层叠的第一电极和电子传输层的基底；

25、在所述电子传输层上形成钙钛矿吸光层；

26、在所述钙钛矿吸光层上形成空穴传输层，所述空穴传输层的材料包括上述实施例的可聚合金属酞菁聚合而成的聚合物，或包括上述实施例的制备方法制得的可聚合金属酞菁聚合而成的聚合物；

27、在所述空穴传输层上形成第二电极；

28、或，所述制备方法包括以下步骤：

29、提供包括依次层叠的第一电极和电子传输层的基底；

30、在所述电子传输层上形成钙钛矿吸光层；

31、在所述钙钛矿吸光层上形成界面层，所述界面层的材料包括上述实施例的可聚合金属酞菁聚合而成的聚合物，或包括上述实施例的制备方法制得的可聚合金属酞菁聚合而成的聚合物；

32、在所述界面层上形成空穴传输层；

33、在所述空穴传输层上形成第二电极。

34、在本申请的一些实施例中，所述空穴传输层的材料包括上述聚合物时，所述空穴传输层的形成包括以下步骤：

35、将所述可聚合金属酞菁、引发剂、溶剂混合形成可聚合金属酞菁的混合溶液；

36、在所述钙钛矿吸光层上涂布所述可聚合金属酞菁的混合溶液，形成预制膜层；

37、对所述预制膜层进行紫外光处理或加热处理以使得所述可聚合金属酞菁发生聚合反应。

38、在本申请的一些实施例中，所述界面层的材料包括上述聚合物时，所述界面层的形成包括以下步骤：

39、将所述可聚合金属酞菁、引发剂、溶剂混合形成可聚合金属酞菁的混合溶液；

40、在所述钙钛矿吸光层上涂布所述可聚合金属酞菁的混合溶液，形成预制膜层；

41、对所述预制膜层进行紫外光处理或加热处理以使得所述可聚合金属酞菁发生聚合反应。

42、本申请的有益效果为：本申请提供的可聚合金属酞菁，其结构式为其β位的修饰基团-or1、-or2、-or3、-or4中包括烷氧醚基结构和不饱和的烯基或炔基，一方面可提高材料的导电性，另一方面，可聚合金属酞菁应用于太阳能电池中的空穴传输材料或界面层材料时，氧原子中存在的孤对电子可与钙钛矿表面的金属阳离子如pb2+配位结合，形成pb-o键，起到固定金属阳离子的作用，提高太阳能电池的稳定性，且烯基或炔基在原位聚合后形成分子聚合物后，可有效抑制钙钛矿表面的卤素阴离子如i-向上迁移，进一步增强太阳能电池的稳定性和电池效率。

技术特征：

1.一种可聚合金属酞菁，其特征在于，所述可聚合金属酞菁的结构式如下式(i)所示：

2.根据权利要求1所述的可聚合金属酞菁，其特征在于，所述r5选自碳原子数为1～2的烷基，r6选自烯基、炔基或苯烯基。

3.根据权利要求2所述的可聚合金属酞菁，其特征在于，所述可聚合金属酞菁包括以下结构式中的至少一种：

4.根据权利要求1所述的可聚合金属酞菁，其特征在于，所述可聚合金属酞菁包括以下结构式中的至少一种：

5.一种如权利要求1～4任一项所述的可聚合金属酞菁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的可聚合金属酞菁的制备方法，其特征在于，4-硝基邻苯二甲腈与所述第一反应物的摩尔比为1:(1～2)；和/或第二中间体与所述金属盐中的m金属离子的摩尔比为1:(1～3)。

7.根据权利要求5所述的可聚合金属酞菁的制备方法，其特征在于，所述第一温度为55～65℃，第一反应的时间为3～5h；和/或第二温度为135～145℃，第二反应的时间为13～17h；和/或第三温度为155～165℃，所述第三反应的时间为4～8h。

8.一种太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠的第一电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及第二电极，所述空穴传输层包括金属酞菁聚合物；

9.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制备方法，所述空穴传输层的材料包括所述聚合物时，所述空穴传输层的形成包括以下步骤：

技术总结
本申请实施例公开了一种可聚合金属酞菁及其制备方法、太阳能电池及其制备方法，其结构式为其β位的修饰基团‑OR<subgt;1</subgt;、‑OR<subgt;2</subgt;、‑OR<subgt;3</subgt;、‑OR<subgt;4</subgt;中包括烷氧醚基结构和不饱和的烯基或炔基，一方面可提高材料的导电性，另一方面，可聚合金属酞菁应用于太阳能电池中的空穴传输材料或界面层材料时，氧原子中存在的孤对电子可与钙钛矿表面的金属阳离子如Pb<supgt;2+</supgt;配位结合，形成Pb‑O键，起到固定金属阳离子的作用，提高太阳能电池的稳定性，且烯基或炔基在原位聚合后形成分子聚合物后，可有效抑制钙钛矿表面的卤素阴离子如I<supgt;‑</supgt;向上迁移，进一步增强太阳能电池的稳定性和电池效率。

技术研发人员：吴炳辉,申宇玺,冯奇凡,黄晓锋,尹君,李静,郑南峰
受保护的技术使用者：嘉庚创新实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13