本發(fā)明涉及光伏，特別是涉及一種吲哚類化合物及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦太陽能電池作為第三代光伏電池，其理論光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)31%，目前的最高光電效率已經(jīng)突破了26.1%。然而，鈣鈦礦太陽電池目前仍存在穩(wěn)定性差、大面積制備困難等問題，導(dǎo)致其商業(yè)化發(fā)展遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)晶硅電池。

2、在鈣鈦礦太陽能電池中，通常在鈣鈦礦光吸收層的一側(cè)設(shè)置空穴傳輸層，起到空穴的提取、輸運以及電子的阻擋等重要作用。然而，傳統(tǒng)的空穴傳輸材料存在穩(wěn)定性不足和與基底的浸潤性較差的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要提供一種吲哚類化合物及其制備方法與應(yīng)用，以解決傳統(tǒng)的空穴傳輸材料存在穩(wěn)定性不足和與基底的浸潤性較差的問題。

2、本發(fā)明的方案如下：

3、一種吲哚類化合物，具有通式（1）或通式（2）所示的分子結(jié)構(gòu)：

4、???（1）、

5、???（2），

6、其中，各r1選自氫原子、鹵素原子、氰基、c1~c6烷氧基、c1~c10烷基中的一種；

7、各r2選自取代或非取代的芳基、取代或非取代的雜芳基中的一種。

8、在其中一個實施例中，各r2中，所述芳基的環(huán)原子數(shù)為6~30個。

9、在其中一個實施例中，各r2中，所述芳基為苯、聯(lián)苯、萘、蒽、菲、芘、二萘嵌苯以及三亞苯中的一種。

10、在其中一個實施例中，各r2選自以下基團(tuán)中的一種：

11、，

12、其中，各r3選自氫原子、鹵素原子、氰基、c1~c6烷氧基、c1~c10烷基中的一種；

13、*代表結(jié)合點位。

14、在其中一個實施例中，各r2中，所述雜芳基的環(huán)原子數(shù)為5~30個；和/或

15、所述雜芳基含有o、s中的至少一種雜原子。

16、在其中一個實施例中，各r2中，所述雜芳基為呋喃、苯并呋喃、噻吩、苯并噻吩、噻吩并噻吩、呋喃并吡咯、呋喃并呋喃、噻吩并呋喃中的一種。

17、在其中一個實施例中，各r2選自以下基團(tuán)中的一種：

18、，

19、其中，各r4選自氫原子、鹵素原子、氰基、c1~c6烷氧基、c1~c10烷基中的一種；

20、*代表結(jié)合點位。

21、一種所述的吲哚類化合物的制備方法，包括以下步驟：

22、步驟s1，取化合物a、化合物b及第一催化劑在第一溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，制備得到中間體c；

23、步驟s2，取中間體c、氰甲基磷酸二乙酯及第二催化劑在第二溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，制備得到中間體d；

24、步驟s3，取中間體d及三甲基溴硅烷在第三溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物旋干后向加入甲醇，再滴加水至反應(yīng)液呈白色懸濁液，繼續(xù)反應(yīng)得到通式（1）所示的吲哚類化合物；

25、或者，步驟s4，取中間體c、氰基乙酸及第三催化劑在第四溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，制備得到通式（2）所示的吲哚類化合物；

26、其中，所述化合物a的分子結(jié)構(gòu)如通式（3）所示：

27、???（3），

28、通式（3）中，r1選自氫原子、鹵素原子、氰基、c1~c6烷氧基、c1~c10烷基中的一種；

29、所述化合物b的分子結(jié)構(gòu)如通式（4）所示：

30、???（4），

31、通式（4）中，r2選自取代或非取代的芳基、取代或非取代的雜芳基中的一種；

32、所述中間體c的分子結(jié)構(gòu)如通式（5）所示：

33、???（5）；

34、所述中間體d的分子結(jié)構(gòu)如通式（6）所示：

35、???（6）。

36、在其中一個實施例中，在步驟s1中，所述第一催化劑包括碘化亞銅和碳酸鉀，所述化合物a、所述化合物b、碘化亞銅和碳酸鉀的摩爾比為1∶(2~3）∶（1.5~2）∶（3~4）；

37、在其中一個實施例中，在步驟s1中，反應(yīng)溫度為100℃~110℃，反應(yīng)的時間為16-24小時。

38、在其中一個實施例中，在步驟s2中，所述第二催化劑為哌啶；

39、在其中一個實施例中，在步驟s2中，所述中間體c與氰甲基磷酸二乙酯的摩爾比為1∶（2~2.5）；

40、在其中一個實施例中，在步驟s2中，反應(yīng)的溫度為90-100℃，反應(yīng)的時間為16-24小時。

41、在其中一個實施例中，在步驟s3中，中間體d與三甲基溴硅烷的摩爾比為1∶（2~3）；

42、在其中一個實施例中，在步驟s3中，反應(yīng)的溫度為25-40℃，反應(yīng)的時間為12-16小時。

43、在其中一個實施例中，在步驟s4中，第三催化劑為哌啶；

44、在其中一個實施例中，在步驟s4中，所述中間體c與氰基乙酸的摩爾比為1∶（1.1~2）；

45、在其中一個實施例中，在步驟s4中，反應(yīng)的溫度為70-80℃，反應(yīng)的時間為12-16小時。

46、上述任一實施例所述的吲哚類化合物作為空穴傳輸材料的應(yīng)用。

47、一種太陽能電池，包括依次層疊設(shè)置的基底、空穴傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、電子傳輸層以及電極層，所述空穴傳輸層包含上述任一實施例所述的吲哚類化合物。

48、在其中一個實施例中，所述鈣鈦礦光吸收層包含鈣鈦礦材料abx3；其中，a包括銫離子、銣離子、鉀離子、甲胺離子、甲脒離子、亞甲二胺離子、芐脒陽離子以及胍陽離子中的一種或者多種；b包括鉛離子、銅離子、鋅離子、鎵離子、錫離子以及鈣離子中的一種或者多種；x包括氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、硫氰酸根離子、四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、甲酸根離子及乙酸根離子中的一種或者多種。

49、所述電子傳輸層的材料包括氧化鋅、氧化錫、二氧化鈦、鈦酸鍶、錫酸鋅、二氧化鋯、氧化鋁、三氧化鎢、銫氧化物、硫化鎘、硒化鎘、錫酸鋇、五氧化二鈮、富勒烯及富勒烯衍生物中的一種或者多種。

50、與傳統(tǒng)方案相比，上述吲哚類化合物具有以下有益效果：

51、上述吲哚類化合物采用吲哚單元作為母核，具有優(yōu)良的空穴傳輸能力，通過將芳基或雜芳基與吲哚單元連接構(gòu)建剛性骨架，優(yōu)化了化合物的能級結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)與鈣鈦礦材料良好的能級匹配，提高對空穴的提取性能，并且提高了化合物的偶極矩，有利于內(nèi)建電場的形成，進(jìn)而提升光電轉(zhuǎn)化效率。通過將氰基膦酸基或氰基羧酸基與吲哚單元連接，使得化合物能夠與鈣鈦礦材料形成較強(qiáng)的作用力，改善其與鈣鈦礦材料浸潤性，改善成膜均勻性，有利于實現(xiàn)大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備，并且增強(qiáng)了鈣鈦礦光吸收層和空穴傳輸層之間的界面穩(wěn)定性，提高電池工作的穩(wěn)定性。

52、當(dāng)r1選自鹵素原子、氰基、c1~c6烷氧基、c1~c10烷基時，能夠改善其與鈣鈦礦材料的浸潤性，改善成膜均勻性，有利于實現(xiàn)大面積鈣鈦礦太陽能電池的制備。

技術(shù)特征：

1.一種吲哚類化合物，其特征在于，具有通式（1）或通式（2）所示的分子結(jié)構(gòu)：

2.如權(quán)利要求1所述的吲哚類化合物，其特征在于，各r2中，所述芳基的環(huán)原子數(shù)為6~30個。

3.如權(quán)利要求2所述的吲哚類化合物，其特征在于，各r2中，所述芳基為苯、聯(lián)苯、萘、蒽、菲、芘、二萘嵌苯以及三亞苯中的一種。

4.如權(quán)利要求2所述的吲哚類化合物，其特征在于，各r2選自以下基團(tuán)中的一種：

5.如權(quán)利要求1所述的吲哚類化合物，其特征在于，各r2中，所述雜芳基的環(huán)原子數(shù)為5~30個；和/或

6.如權(quán)利要求5所述的吲哚類化合物，其特征在于，各r2中，所述雜芳基為呋喃、苯并呋喃、噻吩、苯并噻吩、噻吩并噻吩、呋喃并吡咯、呋喃并呋喃、噻吩并呋喃中的一種。

7.如權(quán)利要求5所述的吲哚類化合物，其特征在于，各r2選自以下基團(tuán)中的一種：

8.一種權(quán)利要求1~7中任一項所述的吲哚類化合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法符合以下特征（1）~（2）中的至少一項：

10.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法符合以下特征（1）~（3）中的至少一項：

11.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法符合以下特征（1）~（2）中的至少一項：

12.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法符合以下特征（1）~（3）中的至少一項：

13.如權(quán)利要求1~7中任一項所述的吲哚類化合物作為空穴傳輸材料的應(yīng)用。

14.一種太陽能電池，其特征在于，包括依次層疊設(shè)置的基底、空穴傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、電子傳輸層以及電極層，所述空穴傳輸層包含權(quán)利要求1~7中任一項所述的吲哚類化合物。

15.如權(quán)利要求14所述的太陽能電池，其特征在于，所述太陽能電池符合以下特征（1）~（2）中的至少一項：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種吲哚類化合物及其制備方法與應(yīng)用。上述哚類化合物具有通式（1）或通式（2）所示的分子結(jié)構(gòu)：（1）、（2），其中，各R<subgt;1</subgt;選自氫原子、鹵素原子、氰基、C1~C6烷氧基、C1~C10烷基中的一種；各R<subgt;2</subgt;選自取代或非取代的芳基、取代或非取代的雜芳基中的一種。上述吲哚類化合物具有優(yōu)良的空穴傳輸能力，通過將芳基或雜芳基與吲哚單元連接，優(yōu)化了能級結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)與鈣鈦礦材料良好的能級匹配，提高對空穴的提取性能，并且提高了化合物的偶極矩，有利于內(nèi)建電場的形成，進(jìn)而提升光電轉(zhuǎn)化效率。氰基膦酸基或氰基羧酸基使得化合物能夠與鈣鈦礦材料形成較強(qiáng)的作用力，改善浸潤性，能夠增強(qiáng)界面穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：應(yīng)昕彤,李兆寧,曾海鵬,樊慧柯,楊玉雯
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天合光能股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9