空穴传输分子及其在太阳能电池中的用途
【专利摘要】本发明涉及用于太阳能电池的空穴传输分子。具体地，本发明涉及包括噻吩或联噻吩核的该空穴传输分子。
【专利说明】空穴传输分子及其在太阳能电池中的用途
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年12月2日提交的美国专利申请61/910, 600和2014年8月 15日提交的新加坡专利申请10201404957Q的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于 此。
【技术领域】
[0003] 本发明的设及用于太阳能电池的空穴传输分子。具体地，本发明设及该空穴传输 分子，其包括唾吩或联唾吩核。
【背景技术】
[0004] 随着Gratzd和〇' Regan在1991年对介观染料敏化太阳能电池值SSC)的初步开 发，使用液体电解质在装置中获得大于10%的能量转化率（PC巧已成为可能。例如，使用钻 类电解质在该装置中已获得了 Am 1.5G太阳模拟下的12. 3%的显著效率。
[0005] 然而，为了解决氧化还原电解质的目前阻碍DSSC进入商业市场的固有问题（例如 渗漏、不稳定性和腐蚀性），全固态DSSC成为更诱人的选择。因此，研究小组一直努力使用 于该装置的固体空穴传输材料（HTM)最优化，W作为液体电解质类电池的替代。
[0006] 虽然诸如化I、CsSnI3和化SCN的无机HTM已受到人们关注，但是目前为止大多数 装置鉴定和优化工作都集中于被广泛研究的HTM ;2, 2'，7, 7' -四饥N-二-对甲氧基苯 基-胺）-9, 9'-螺二巧（螺-OMeTAD，图1)。然而直到铅类巧铁矿敏化太阳能电池的出现， 全固态DSSC的PCE值才超过传统的DSSC的PCE值，在铅类巧铁矿敏化太阳能电池中，有机 染料或有机金属染料被纳米水晶铅类无机半导体所取代。尽管其最初的低性能和稳定性， 但，可由低成本制成的该相对陈旧的同族材料近来已被证明替代传统的感光剂呈现出显著 的性能，并因此从2011年后期迅速引起人们对光伏行业的很大兴趣。
[0007] 虽然螺-OMeTAD持续成为最佳的执行HTM，但是最近也调查了一些在有机光伏 装置（0PV)中已被深入研究过的典型半导体聚合物作为HTM，包括P3HT(聚（3-己基唾 酪-2,5-二基））U :6. 7% )、PCPDTBT(聚[2,6-(4,4-二-(2-己基己基）-4H-环戊并 巧，1-b ;3, 4-b ']二唾吩）-alt-4, 7 (2, 1，3-苯并唾二挫）])(n : 5. 3 % )、PCDTBT (聚 阳-9' -辛基壬基-2, 7-巧挫-alt-5, 5- (4'，7' -二-2-唾吩基-2'，1'，3' -苯并唾二挫）]) (11:4.2%)和？144(聚[二（4-苯基）（2,4,6-^甲基苯基）胺])(典型的11:9.0%，最 佳电池12. 0% )。
[000引除了 PTAA W外，该些材料由于未知原因至今呈现比螺-OMeTAD差的性能，同时不 具备固有的成本优势，并且甚至可能会遭受批次间不一致的问题。
[0009] 因此，仍存在提供可替代的用于太阳能电池的HTM的需要W克服或者至少减轻上 述问题。
【发明内容】
[0010] 根据本发明的一个实施方式，提供了用于太阳能电池的空穴传输分子，所述空穴 传输分子具有通式（I)
[0011]
【权利要求】
1. 一种用于太阳能电池的空穴传输分子，所述空穴传输分子具有通式（I) 通式（II)
其中在式（I)中：m为1 ; n为 0、1、2、3、4 或 5 ; 丫1和￥2各自独立地为0、3、36、-顺1、-〇?11?2，其中1?1和1?2各自独立地为11或者取代 或未取代的C1至CIO烷基； Arl和Ar2各自独立地为取代或未取代的C5至C9芳基或者C5至C9杂芳基； Zl、Z2、Z3和Z4各自独立地为取代或未取代的C5至C9芳基、C5至C9杂芳基或者C1 至C10烷基； 其中在式（II)中：m为1、2或3 ; Y1和Y2各自独立地为H、取代或未取代的C5至C9芳基、C5至C9杂芳基或者C1至C10 烧基； Arl和Ar2各自独立地为取代或未取代的C5至C9芳基或者C5至C9杂芳基； Zl、Z2、Z3和Z4各自独立地为取代或未取代的C5至C9芳基、C5至C9杂芳基或者C1 至C10烷基。
2. 如权利要求1所述的空穴传输分子，其中在式（I)中，n为0。
3. 如权利要求1或2所述的空穴传输分子，其中在式（I)中，Y1和Y2为0。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的空穴传输分子，其中在式（I)中，Arl和Ar2为取 代或未取代的C5至C9芳基。
5. 如权利要求4所述的空穴传输分子，其中在式⑴中，Arl和Ar2为未取代的C5至 C9芳基。
6. 如权利要求5所述的空穴传输分子，其中在式⑴中，Arl和Ar2为未取代的苯基。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的空穴传输分子，其中在式（I)中，Z1、Z2、Z3和Z4 为取代或未取代的C5至C9芳基。
8. 如权利要求7所述的空穴传输分子，其中在式⑴中，Zl、Z2、Z3和Z4为取代的C5 至C9芳基。
9. 如权利要求8所述的空穴传输分子，其中在式（I)中，Z1、Z2、Z3和Z4为C1至C5烷 氧基取代的C5至C9芳基。
10. 如权利要求9所述的空穴传输分子，其中在式（I)中，Z1、Z2、Z3和Z4为甲氧基取 代的C5至C9芳基。
11. 如权利要求10所述的空穴传输分子，其中在式（I)中，Zl、Z2、Z3和Z4为甲氧基 取代的苯基。
12. 如权利要求1所述的空穴传输分子，其中式（I)的所述空穴传输分子为
13. 如权利要求1所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，m为1。
14. 如权利要求13所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1和Y2为取代或未取代 的C5至C9芳基。
15. 如权利要求14所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1和Y2为取代的C5至C9 芳基。
16. 如权利要求15所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1和Y2为胺取代的C5至 C9芳基。
17. 如权利要求16所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1和Y2为胺取代的苯基。
18. 如权利要求17所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1和Y2为三苯胺。
19. 如权利要求18所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1和Y2为三苯胺，其中苯 基中的两个各自被甲氧基取代。
20. 如权利要求19所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1和Y2为
21. 如权利要求13所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1为H并且Y2为取代或 未取代的C5至C9杂芳基。
22. 如权利要求21所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1为H并且Y2为取代的 C5至C9杂芳基。
23. 如权利要求22所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1为H并且Y2为取代的 噻吩。
24. 如权利要求23所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1为H并且Y2为芳胺取 代的噻吩。
25. 如权利要求24所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1为H并且Y2为三苯胺 取代的噻吩。
26. 如权利要求24所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1为H并且Y2为三苯胺 取代的噻吩，其中苯基中的两个各自被甲氧基取代。
27. 如权利要求26所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1为H并且Y2为
28. 如权利要求1或13至27中任一项所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Arl和 Ar2为取代或未取代的C5至C9芳基。
29. 如权利要求28所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Arl和Ar2为未取代的C5 至C9芳基。
30. 如权利要求29所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Arl和Ar2为未取代的苯 基。
31. 如权利要求1或13至30中任一项所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Z1、Z2、 Z3和Z4为取代或未取代的C5至C9芳基。
32. 如权利要求31所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Z1、Z2、Z3和Z4为取代的 C5至C9芳基。
33. 如权利要求32所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，，Z1、Z2、Z3和Z4为C1至 C5烷氧基取代的C5至C9芳基。
34. 如权利要求33所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，，Zl、Z2、Z3和Z4为甲氧 基取代的C5至C9芳基。
35. 如权利要求34所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Z1、Z2、Z3和Z4为甲氧基 取代的苯基。
36. 如权利要求1所述的空穴传输分子，其中，当式（II)中m为1时，式（II)的所述空 穴传输分子为
37. 如权利要求1所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，m为2。
38. 如权利要求37所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Y1和Y2为H或者取代或 未取代的C5至C9芳基。
39. 如权利要求38所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，第一噻吩核中Y1为取代的 C5至C9芳基并且Y2为H，第二噻吩核中Y1为H并且Y2为取代的C5至C9芳基。
40. 如权利要求39所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，所述第一噻吩核中Y1为胺 取代的C5至C9芳基并且Y2为H，所述第二噻吩核中Y1为H并且Y2为胺取代的C5至C9 芳基。
41. 如权利要求40所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，所述第一噻吩核中Y1为胺 取代的苯基并且Y2为H，所述第二噻吩核中Y1为H并且Y2为胺取代的苯基。
42. 如权利要求41所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，所述第一噻吩核中Y1为三 苯胺并且Y2为H，所述第二噻吩核中Y1为H并且Y2为三苯胺。
43. 如权利要求42所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，所述第一噻吩核中Y1为 三苯胺，其中苯基中的两个各自被甲氧基取代，并且Y2为H，所述第二噻吩核中Y1为H并且 Y2为三苯胺，其中苯基中的两个各自被甲氧基取代。
44. 如权利要求43所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，所述第一噻吩核中的Y1和 所述第二噻吩核中的Y2为
45. 如权利要求1或37至44中任一项所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Arl和 Ar2为取代或未取代的C5至C9芳基。
46. 如权利要求45所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Arl和Ar2为未取代的C5 至C9芳基。
47. 如权利要求46所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Arl和Ar2为未取代的苯 基。
48. 如权利要求1或37至47中任一项所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，，Z1、 Z2、Z3和Z4为取代或未取代的C5至C9芳基。
49. 如权利要求48所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Z1、Z2、Z3和Z4为取代的 C5至C9芳基。
50. 如权利要求49所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，，Z1、Z2、Z3和Z4为C1至 C5烷氧基取代的C5至C9芳基。
51. 如权利要求50所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Z1、Z2、Z3和Z4为甲氧基 取代的C5至C9芳基。
52. 如权利要求51所述的空穴传输分子，其中在式（II)中，Z1、Z2、Z3和Z4为甲氧基 取代的苯基。
53. 如权利要求1所述的空穴传输分子，其中，当式（II)中m为2时，式（II)的空穴传 输分子为
54. -种用于太阳能电池的空穴传输分子，所述空穴传输分子具有通式（III) 通式（IV)
其中在式（III)中： X为0、Se、NR3或CR3R4,其中R3和R4各自独立地为H或者取代或未取代的Cl至CIO烧基； m为1 ; n为 0、1、2、3、4 或 5 ; 丫1和￥2各自独立地为0、3、36、-顺1、-〇?11?2，其中1?1和1?2各自独立地为11或者取代 或未取代的C1至C10烷基； Arl和Ar2各自独立地为取代或未取代的C5至C9芳基或者C5至C9杂芳基； Zl、Z2、Z3和Z4各自独立地为取代或未取代的C5至C9芳基、C5至C9杂芳基或者C1 至C10烷基； 其中在式（IV)中： X为0、Se、NR3或CR3R4,其中R3和R4各自独立地为H或者取代或未取代的C1至C10 烧基； m为1、2或3 ; Y1和Y2各自独立地为H、取代或未取代的C5至C9芳基、C5至C9杂芳基或者C1至C10 烧基； Arl和Ar2各自独立地为取代或未取代的C5至C9芳基或者C5至C9杂芳基； Zl、Z2、Z3和Z4各自独立地为取代或未取代的C5至C9芳基、C5至C9杂芳基或者C1 至C10烷基。
55. 如权利要求1至54中任一项所述的空穴传输分子，所述空穴传输分子用于钙钛矿 太阳能电池。
56. 如权利要求1至54中任一项所述的空穴传输分子，所述空穴传输分子用于固态染 料敏化太阳能电池。
57. 如权利要求1至54中任一项所述的空穴传输分子，所述空穴传输分子用于量子点 敏化太阳能电池。
58. 如权利要求1至54中任一项所述的空穴传输分子，所述空穴传输分子用于叠层/ 多结太阳能电池。
【文档编号】H01L51/46GK104485424SQ201410721045
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】李海荣, 克里希纳穆尔蒂·蒂鲁马尔, 安德烈·克莱夫·格里姆斯戴尔, 苏博·G·玛瑟卡 申请人:南洋理工大学, 戴索有限公司