空穴传输材料及其应用、太阳能电池及其制备方法与流程
本申请涉及半导体器件，特别是涉及一种空穴传输材料及其应用、太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
1、太阳能作为未来的主要能源，已经在全世界范围内进行了深入研究。晶硅太阳能电池经过几十年的研发和产业化发展，能量转换效率已经逼近其理论值。钙钛矿太阳能电池由于具有优异的光电性能而受到广泛关注，为了突破s-q（shockley-queisser limit，肖克利奎伊瑟）效率极限，钙钛矿电池被应用于叠层电池中是目前的最佳选择。
2、目前，高效的太阳能电池大都使用自组装分子材料作为空穴传输层，该类材料具有材料消耗量少、低寄生吸收等特点，然而，该类材料也仍然存在很多缺陷，无法满足高效的太阳能电池的使用需求。
技术实现思路
1、基于此，有必要提供一种空穴传输材料及其应用、太阳能电池及其制备方法，以提高太阳能电池的性能。
2、第一方面，提供一种空穴传输材料，包括：第一类自组装分子材料和第二类自组装分子材料；
3、所述第一类自组装分子材料选自如r-a1所示的化合物中的一种或多种，所述第二类自组装分子材料选自如d-l-a2所示的化合物中的一种或多种，且在同等的测试条件下，所述第一类自组装分子材料的homo低于所述第二类自组装分子材料的homo能级；
4、其中，r选自取代或未取代的苯基、取代或未取代的苄基、取代或未取代的c1~c4的烷基中的任一种，且在取代或未取代的苯基、取代或未取代的苄基、取代或未取代的c1~c4的烷基中，取代时的取代基选自氟、氨基、氰基和cf3-中的任一种；
5、d选自取代或未取代的咔唑、取代或未取代的吖啶、取代或未取代的二苯并咔唑、取代或未取代的三苯基磷盐、取代或未取代的二苯基磷和取代或未取代的三芳胺中的任一种，取代时的取代基选自选自甲基、卤素、甲氧基、苯基、氨基和氰基中的任一种；l选自c2~c6的亚烷基或苯基；
6、a1和a2分别独立地选自羧酸、磷酸、硼酸、氰基乙烯基磷酸和磺酸中的任一种。
7、可选地，所述第一类自组装分子材料选自4-氟苯基磷酸、3-氟苯基磷酸、3,5-二氟苯基磷酸、3，4，5-三氟苯基磷酸、2,3,4,5,6-五氟苯基磷酸、4-三氟甲基苯基磷酸、3-三氟甲基苯基磷酸、4-氟苄基磷酸、3-氟苄基磷酸、3,5-二氟苄基磷酸、3，4，5-三氟苄基磷酸、2,3,4,5,6-五氟苄基磷酸、4-三氟甲基苄基磷酸、3-三氟甲基苄基磷酸、4-氰基苯基磷酸、3-氰基苯基磷酸、4-氰基苄基磷酸、氨甲基磷酸、2-胺基乙基磷酸、3-胺基丙烷-1-磷酸和4-胺基丁烷-1-磷酸中的一种或多种。
8、可选地，所述第二类自组装分子材料选自[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[4-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[4-(3,6-二苯基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[4-(7h-二苯并咔唑-7-基)丁基]磷酸和(4-(2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶-10(9h)-基)丁基)膦酸中的一种或多种。
9、可选地，所述第一类自组装分子材料与所述第二类自组装分子材料的摩尔比为（0.1~2）:1。
10、第二方面，提供一种如第一方面所述的空穴传输材料在半导体器件中的应用。
11、可选地，所述空穴传输材料用于通过溶液法制备所述半导体器件的空穴传输层。
12、第三方面，提供一种太阳能电池，包括：层叠的第一电极、空穴传输层、钙钛矿层和第二电极；
13、其中，所述空穴传输层和所述钙钛矿层设置于所述第一电极和所述第二电极之间，且所述空穴传输层相对于所述钙钛矿层更靠近所述第一电极；
14、所述空穴传输层包括：第一类自组装分子材料和第二类自组装分子材料，所述第一类自组装分子材料选自如r-a1所示的化合物中的一种或多种，所述第二类自组装分子材料选自如d-l-a2所示的化合物中的一种或多种，且在同等的测试条件下，所述第一类自组装分子材料的homo能级低于所述第二类自组装分子材料的homo能级；
15、其中，r选自取代或未取代的苯基、取代或未取代的苄基、取代或未取代的c1~c4的烷基中的任一种，且在取代或未取代的苯基、取代或未取代的苄基、取代或未取代的c1~c4的烷基中，取代时的取代基选自氟、氨基、氰基和cf3-中的任一种；
16、d选自取代或未取代的咔唑、取代或未取代的吖啶、取代或未取代的二苯并咔唑、取代或未取代的三苯基磷盐、取代或未取代的二苯基磷和取代或未取代的三芳胺中的任一种，取代时的取代基选自选自甲基、卤素、甲氧基、苯基、氨基和氰基中的任一种；l选自c2~c6的亚烷基或苯基；
17、a1和a2分别独立地选自羧酸、磷酸、硼酸、氰基乙烯基磷酸和磺酸中的任一种。
18、可选地，所述太阳能电池为单结钙钛矿电池，所述第一电极的材料包括：金属氧化物。
19、可选地，所述太阳能电池包括：层叠的顶电池、底电池，以及位于所述顶电池和底电池之间的复合层；
20、其中，所述底电池包括所述第一电极，所述顶电池包括所述第二电极、所述钙钛矿层和所述空穴传输层，所述复合层的材料包括：金属氧化物。
21、可选地，所述底电池为硅基电池。
22、可选地，所述空穴传输层的厚度为0.5 nm ~10nm。
23、第四方面，提供一种太阳能电池的制备方法，包括：
24、提供基底层；
25、在所述基底层上形成层叠的第一电极、空穴传输层、钙钛矿层和第二电极；
26、其中，所述空穴传输层利用空穴传输材料通过溶液法制备得到，所述空穴传输材料包括：如第一方面所述的空穴传输材料。
27、可选地，所述空穴传输材料在溶液中的浓度为0.3mg/l ~10mg/l。
28、上述的空穴传输材料及其应用、太阳能电池及其制备方法的有益效果如下：
29、在将该空穴传输材料用于太阳能电池时，一方面，第一类自组装分子材料可以对空穴传输材料的homo能级进行调节，从而可以增强该空穴传输材料的空穴传输性能，提高太阳能电池的开路电压和填充因子，进而提高太阳能电池的性能；另一方面，该第一类自组装分子材料的分子较小（也即第一类自组装分子材料不具有如咔唑等空间位阻较大的基团），在将该空穴传输材料用于制备太阳能电池时，第一类自组装分子材料可以填补在未被第二类自组装分子材料覆盖的区域，从而可以减少基底层未被覆盖的空位（如具有绒面结构的基底层表面未被覆盖的区域），从而可以提高空穴传输层的覆盖率，减少埋底缺陷；再一方面，该第一类自组装分子材料中的氨基、氟、氰基等取代基团可以与钙钛矿层之间形成氢键或配位键进行结合，还可以钝化钙钛矿层底部的缺陷，减少非辐射复合中心，提高太阳能电池的稳定性。另外，高偶极矩的第一类自组装分子材料自身提供的电场可以促进空穴传输，进一步增强空穴传输效率。
技术特征：
1.一种空穴传输材料，其特征在于，包括：第一类自组装分子材料和第二类自组装分子材料；
2.根据权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的空穴传输材料，其特征在于，
4.根据权利要求1~3任一项所述的空穴传输材料，其特征在于，所述第一类自组装分子材料与所述第二类自组装分子材料的摩尔比为（0.1~2）:1。
5.一种如权利要求1~4任一项所述的空穴传输材料在半导体器件中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述空穴传输材料用于通过溶液法制备所述半导体器件的空穴传输层。
7.一种太阳能电池，其特征在于，包括：层叠的第一电极、空穴传输层、钙钛矿层和第二电极；
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为单结钙钛矿电池，所述第一电极的材料包括：金属氧化物。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括：层叠的顶电池、底电池，以及位于所述顶电池和底电池之间的复合层；
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述底电池为硅基电池。
11.根据权利要求7~10任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的厚度为0.5nm ~10nm。
12.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，
技术总结
本申请涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种空穴传输材料及其应用、太阳能电池及其制备方法，以提高太阳能电池的性能。一种空穴传输材料，包括：第一类自组装分子材料和第二类自组装分子材料；第一类自组装分子材料选自如R‑A<supgt;1</supgt;所示的化合物中的一种或多种，第二类自组装分子材料选自如D‑L‑A<supgt;2</supgt;所示的化合物中的一种或多种，且在同等的测试条件下，第一类自组装分子材料的HOMO能级低于第二类自组装分子材料的HOMO能级；R选自取代或未取代的苯基、取代或未取代的苄基、取代或未取代的C<subgt;1</subgt;~C<subgt;4</subgt;的烷基中的任一种；D选自取代或未取代的具有空穴传输功能基团中的任一种；L选自C<subgt;2</subgt;~C<subgt;6</subgt;的亚烷基；A<supgt;1</supgt;和A<supgt;2</supgt;分别独立地选自羧酸、磷酸、硼酸、氰基乙烯基磷酸和磺酸中的任一种。
技术研发人员：晏广元,刘洲
受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23