一种吡啶盐自组装材料、反式钙钛矿太阳能电池及其应用

本申请涉及钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种吡啶盐自组装材料、反式钙钛矿太阳能电池及其应用。

背景技术：

1、反式钙钛矿太阳能电池(pscs)具有低温可加工性、耗材低和兼容多种衬底的优点，长期被研究人员所青睐；然而反式钙钛矿太阳能电池的能量损耗较大，导致器件效率偏低。为了减少钙钛矿和空穴选择层之间界面的复合损失，自组装材料(sams)被引入作为反式pscs的空穴选择层，其有效降低了界面的复合损失，提高了反式pscs的效率，近几年不断打破反式pscs的效率记录。

2、目前，sams主要为咔唑类衍生物，其价格昂贵，导致制备器件成本过高，进而造成商业化成本高；并且咔唑类sams的浸润性较差，在制备过程中需要进行界面润洗或者旋涂界面材料来提升其浸润性以便钙钛矿铺展，增加了工艺的复杂性，不利于大规模生产。

3、为了进一步优化自组装单层的浸润性，通常在自组装材料中掺杂添加剂形成共自组装层。添加剂通常含有长烷基链，其一端为锚定基团，另一端为铵盐。这种策略不仅可以改善自组装单层的浸润性，而且还可以通过添加剂与钙钛矿相互作用，制备出更好的钙钛矿薄膜。然而，在自组装材料里加入添加剂又增加了工艺的复杂程度，增加了生产过程的成本。

4、基于此，需开发新的自组装材料。

技术实现思路

1、本申请提供一种吡啶盐自组装材料、反式钙钛矿太阳能电池及其应用，旨在解决现有用于空穴传输层的自组装材料因价格昂贵、浸润性差而导致钙钛矿电池制备工艺复杂、生产成本高的问题。

2、为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现。

3、本申请的第一方面，提供一种吡啶盐自组装材料，其化学结构如式(1)所示：

4、

5、其中，r1、r2和r3各自独立的为氢或芳香胺基。

6、在一些实施方案中：

7、所述芳香胺基为咔唑基或其中，r4和r5各自独立的选自c1-c10的烷氧基。

8、在一些实施方案中：

9、所述芳香胺基为

10、在一些实施方案中，r1、r2和r3均为氢，其结构如式(1-1)所示：

11、

12、在一些实施方案中，r1、r2和r3至少一个为

13、在一些实施方案中，r1和r3为氢，r2为

14、其结构如式(1-2)所示：

15、

16、在一些实施方案中，r2为氢，r1和r3为

17、其结构如式(1-3)所示：

18、

19、本申请的第二方面，提供上述吡啶盐自组装材料在钙钛矿太阳能电池中的应用。

20、本申请的第三方面，提供一种反式钙钛矿太阳能电池，包括ito、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、金属电极组成，所述空穴传输层由上述吡啶盐自组装材料制备。

21、本申请的第四方面，提供上述反式钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：

22、在氧化铟锡导电玻璃上旋涂一层自组装材料作为空穴传输层；

23、在所述空穴传输层上旋涂一层钙钛矿前驱体溶液作为钙钛矿层；

24、在所述钙钛矿层上蒸镀c60和bcp作为电子传输层；

25、在所述电子传输层上蒸镀金属银作为电极，即得。

26、与现有技术相比，本申请的有益效果为：

27、本申请的吡啶盐自组装材料可用于制备空穴传输层，其以吡啶盐为核心，磷酸为锚定基团，利用磷酸基团与ito相互作用，填补氧空位，同时利用偶极矩来调节ito的功函数，提高器件的开路电压；两性离子中带正电的氮原子与pb-i反位缺陷之间相互作用，钝化缺陷，溴离子可填充钙钛矿中的阴离子空位；吡啶盐作为吸电子基团，可以增强磷酸在ito上的锚定能力。

28、本申请的吡啶盐自组装材料价格低，浸润性好，其作为空穴传输层有利于钙钛矿层铺展，无需界面润洗或旋涂界面材料即可制备钙钛矿薄膜，简化了钙钛矿电池的制备工艺，降低了其生产成本。包含该空穴传输层(3pa-tppya)的反式钙钛矿太阳能电池，可实现25.06ma/cm2的短路电流，1.185v的开路电压，光电转换效率可以达到23.54％。

技术特征：

1.一种吡啶盐自组装材料，其特征在于，其化学结构如式(1)所示：

2.根据权利要求1所述的吡啶盐自组装材料，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的吡啶盐自组装材料，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的吡啶盐自组装材料，其特征在于，r1、r2和r3均为氢，其结构如式(1-1)所示：

5.根据权利要求3所述的吡啶盐自组装材料，其特征在于，r1、r2和r3至少一个为

6.根据权利要求5所述的吡啶盐自组装材料，其特征在于，r1和r3为氢，r2为

7.根据权利要求5所述的吡啶盐自组装材料，其特征在于，r2为氢，r1和r3为

8.权利要求1-7任一项所述的吡啶盐自组装材料在钙钛矿太阳能电池中的应用。

9.一种反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括ito、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、金属电极组成，所述空穴传输层由权利要求1-7任一项所述的吡啶盐自组装材料制备。

10.权利要求9所述的反式钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结本申请涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，公开了一种吡啶盐自组装材料、反式钙钛矿太阳能电池及其应用。所述吡啶盐自组装材料，其化学结构如式(1)所示：其中，R1、R2和R3各自独立的为氢或芳香胺基。本申请的反式钙钛矿太阳能电池，包括ITO、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、金属电极组成，所述空穴传输层由上述吡啶盐自组装材料制备。本申请的吡啶盐自组装材料价格低，浸润性好，其作为空穴传输层有利于钙钛矿层铺展，无需界面润洗或旋涂界面材料即可制备钙钛矿薄膜，简化了钙钛矿电池的制备工艺，降低了其生产成本。包含该空穴传输层(3PA‑TPPyA)的钙钛矿太阳能电池，可实现25.06mA/cm<supgt;2</supgt;的短路电流，1.85V的开路电压，光电转换效率可以达到23.54％。技术研发人员：梁爱辉,陈义旺,陈锦涛受保护的技术使用者：江西师范大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29