五元杂环化合物、钝化材料和光电器件的制作方法
本申请涉及钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种五元杂环化合物、钝化材料和光电器件。
背景技术：
1、。钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells，pscs)作为新一代光伏技术，凭借优异的光伏效率、简易的制备方法和低廉的生产成本受到关注，目前认证光电转换效率逐渐接近晶硅太阳能电池26.7％的效率，但在商业化的道路上依然面临着稳定性差和大面积制备效率低等问题。
2、钙钛矿表面缺陷态的形成会导致载流子的非辐射复合从而限制其光电转换效率。考虑到卤化物钙钛矿材料离子键合的本性，分子修饰成为钝化其表面缺陷的一个重要途径和手段。
3、陕西师范大学向万春、许添飞等人申请的专利cn116322094a：一种含硫钝化剂钝化的钙钛矿太阳电池，通过使用含硫钝化剂在apbx3钙钛矿薄膜上形成一层钝化层，提升了apbx3钙钛矿太阳能电池光电转换效率。但光电性能提升程度较低。
4、南京邮电大学internal interactions between mixed bulky organic cationson passivating defects in perovskite solar cells。采用gai和peacl同时加入钙钛矿前驱体溶液实现钝化。将gacl和peacl同时加入钙钛矿前驱溶液实现钝化功能，同时掺杂两种钝化剂存在掺杂不均匀，实验不可控性程度增大，同时，混合阳离子的掺杂还存在分子间竞争问题，导致钝化稳定性欠佳。
5、需要说明的是，上述内容并不必然是现有技术，也不用于限制本申请的专利保护范围。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本申请的目的是提供一种五元杂环化合物、钝化材料和光电器件，使用五元杂环化合物作为钝化材料设置于钙钛矿层上面，有效钝化表面缺陷，提高了电池光电转换效率和稳定性。
2、为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：
3、一种五元杂环化合物，其结构通式如式(1)所示：
4、
5、其中，r1选自如下基团中的一种：
6、氢、卤素、硝基、胺基、羟基、巯基、羧基、氰基、取代或未取代的c1～c2烷基、取代或未取代的c6～c20芳基、取代或未取代的c2～c20杂环基、取代或未取的c2～c20杂芳基、
7、r2选自如下基团中的一种：
8、氢、硝基、卤素、氰基、羧基、取代或未取代的c1～c20烷基、取代或未取代的c3～c20环烷基、取代或未取代的c2～c20杂环基、取代或未取代的c6～c20芳基、取代或未取代的c2～c20杂芳基、
9、r3选自取代或未取代的c1～c20烷基中的一种；
10、r4选自取代或未取代的c2～c20杂环基、取代或未取代的c6～c20芳基中的一种。
11、在其中一些实施方式中，所述r1选自如下基团中的一种：氢、胺基、取代或未取代的c1～c2烷基、取代或未取代的c6～c20芳基、
12、在其中一些实施方式中，所述r2选自如下基团中的一种：
13、氢、
14、在其中一些实施方式中，所述r3选自取代或未取代的c1～c3烷基中的一种。
15、在其中一些实施方式中，所述五元杂环化合物的结构式为：
16、
17、
18、本申请还提供了一种钝化材料，包括所述的五元杂环化合物中的一种或多种。
19、本申请还提供了一种光电器件，包含钙钛矿层，所述的五元杂环化合物作为钝化材料，设置于钙钛矿层上面，形成钝化层。
20、在其中一些实施方式中，为提升钝化层性能，所述钝化层的制备方法为：将所述的五元杂环化合物作为钝化材料，溶于异丙醇、乙醇、苯、甲苯、氯苯、乙醚和乙腈中的一种或多种的溶剂中制备钝化溶剂，将钝化溶剂涂覆于钙钛矿层上，形成钝化层；所述五元杂环化合物与所述有机溶剂的质量体积比为(0.1～2mg):(1～3)ml。
21、在其中一些实施方式中，所述光电器件包括钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的ito玻璃基底、空穴传输层、钙钛矿层、钝化层、电子传输层、空穴阻挡层、电极层。
22、在其中一些实施方式中，为提升器件性能，所述光电器件的制备方法包括：在ito玻璃基底上制备依次层叠的空穴传输层、钙钛矿层、钝化层、电子传输层、空穴阻挡层、电极层；其中，所述钝化层的制备方法为：以所述的五元杂环化合物作为钝化材料，溶于有机溶剂中，形成钝化材料溶液，并旋涂于所述钙钛矿层的上方，形成界面钝化层；其中，旋涂钝化材料溶液的转速在4000～6000rpm，旋涂时间在25～35s。
23、本申请技术方案，将五元杂环化合物溶于异丙醇、乙醇、苯、甲苯、氯苯、乙醚和乙腈中的一种或多种的溶剂中制备钝化溶剂，将钝化溶剂涂覆于钙钛矿层上，实现钝化缺陷功能。本申请具备如下有益效果：
24、(1)五元杂环化合物内含有的s原子及c＝o键可以和未配位的铅离子作用，氨基上的孤对电子可以与碘离子作用，从而可以对钙钛矿层中游离的碘离子进行锚定，并且裸露的氨基与钙钛矿层之间形成氢键，可以有效钝化铅离子和碘离子引起的缺陷，提高钙钛矿的稳定性。
25、(2)五元杂环化合物中的氢原子或原子团被其他原子或原子团取代而衍生的较复杂的产物，可以引入其他具有钝化功能的基团，调节分子钝化能力，同时可以调节钙钛矿层和电子传输层(etl)之间的能级，从而可以减少非复合辐射的损失，提高该太阳能电池的载流子传输性能，提高电池效率。
技术特征：
1.一种五元杂环化合物，其特征在于，其结构通式如式(1)所示：
2.根据权利要求1所述的一种五元杂环化合物，其特征在于，所述r1选自如下基团中的一种：氢、胺基、取代或未取代的c1～c2烷基、取代或未取代的c6～c20芳基、
3.根据权利要求1所述的一种五元杂环化合物，其特征在于，所述r2选自如下基团中的一种：
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种五元杂环化合物，其特征在于，所述r3选自取代或未取代的c1～c3烷基中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种五元杂环化合物，其特征在于，所述五元杂环化合物的结构式为：
6.一种钝化材料，其特征在于，包括权利要求1-5中任意一项所述的五元杂环化合物中的一种或多种。
7.一种光电器件，其特征在于，包含钙钛矿层，权利要求1-5中任意一项所述的五元杂环化合物作为钝化材料，设置于钙钛矿层上面，形成钝化层。
8.根据权利要求7所述的光电器件，其特征在于，所述钝化层通过以下操作制备得到：将权利要求1-5中任意一项所述的五元杂环化合物作为钝化材料，溶于异丙醇、乙醇、苯、甲苯、氯苯、乙醚和乙腈中的一种或多种的溶剂中制备钝化溶剂，将钝化溶剂涂覆于钙钛矿层上，形成钝化层；所述五元杂环化合物与所述有机溶剂的质量体积比为(0.1～2mg):(1～3)ml。
9.根据权利要求7或8所述的光电器件，其特征在于，所述光电器件包括钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的ito玻璃基底、空穴传输层、钙钛矿层、钝化层、电子传输层、空穴阻挡层、电极层。
10.根据权利要求9所述的光电器件，其特征在于，所述光电器件通过以下操作制备得到：在ito玻璃基底上制备依次层叠的空穴传输层、钙钛矿层、钝化层、电子传输层、空穴阻挡层、电极层；其中，所述钝化层通过以下操作制备得到：以所述的五元杂环化合物作为钝化材料，溶于有机溶剂中，形成钝化材料溶液，并旋涂于所述钙钛矿层的上方，形成界面钝化层；其中，旋涂钝化材料溶液的转速在4000～6000rpm，旋涂时间在25～35s。
技术总结
本申请提供一种五元杂环化合物、钝化材料和光电器件，涉及钙钛矿太阳能电池技术领域。将五元杂环化合物溶于异丙醇、乙醇、苯、甲苯、氯苯、乙醚和乙腈中的一种或多种的溶剂中制备钝化溶剂，将钝化溶剂涂覆于钙钛矿层上，实现钝化缺陷功能；五元杂环化合物内含有的S原子及C＝O键可以和未配位的铅离子作用，氨基上的孤对电子可以与碘离子作用，从而可以对钙钛矿层中游离的碘离子进行锚定，并且裸露的氨基与钙钛矿层之间形成氢键，可以有效钝化铅离子和碘离子引起的缺陷，提高钙钛矿的稳定性。
技术研发人员：杨玉雯,应昕彤,李兆宁,曾海鹏,樊慧柯
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