本申請屬于鈣鈦礦，具體涉及一種雙性分子及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦材料(perovskite)是一類具有尺寸均一、色純度高的半導(dǎo)體納米材料，其元素組成具有與礦石catio3相似的晶體結(jié)構(gòu)。鈣鈦礦材料對光的吸收能力強，吸收范圍廣，在光電領(lǐng)域具有極大優(yōu)勢，例如以有機-無機雜化鈣鈦礦材料為吸光層的鈣鈦礦太陽能電池(perovskite?solar?cells，pscs)發(fā)展迅速。

2、理想的鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中每個原子都有自己相應(yīng)的位置，而實際的鈣鈦礦因受到晶體生長及其后處理過程的影響而產(chǎn)生表面缺陷。鈣鈦礦晶體形成的晶界缺陷態(tài)容易導(dǎo)致載流子的非輻射復(fù)合從而影響其光電轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本申請?zhí)峁┮环N雙性分子及其制備方法和應(yīng)用，旨在解決如何降低鈣鈦礦晶界缺陷的技術(shù)問題。

2、第一方面，本申請實施例提供一種雙性分子，雙性分子的化學結(jié)構(gòu)通式如式i所示：

3、

4、其中，r包括路易斯堿性基團，x1、x2、x3、x4、x5獨立包括氫和鹵原子中的至少一種，且x1、x2、x3、x4、x5不同時為氫，n為大于或等于1的整數(shù)。

5、利用雙性分子同時具有路易斯酸(lewis?acid，la)基團和路易斯堿(lewis?base，lb)基團，具體地，式i所示的雙性分子中，r包括路易斯堿基團，而鹵取代的苯環(huán)結(jié)構(gòu)為路易斯酸基團，這樣的雙性分子可以用于鈍化鈣鈦礦晶界兩種缺陷即配位不足的陰離子和配位不足的陽離子，一方面，鹵取代的苯環(huán)結(jié)構(gòu)作為路易斯酸基團可以接收鈣鈦礦晶體邊緣處陰離子的電子以鈍化鈣鈦礦晶體配位不足的陰離子，另一方面，r端的路易斯堿的孤電子對可以提供給配位不足的陽離子以鈍化鈣鈦礦晶體陰離子空位缺陷；而且，基于該雙性分子自身的疏水性可以提高鈣鈦礦的防潮性能。因此，本申請實施例提供雙性分子可以更好地鈍化鈣鈦礦晶體的表面缺陷，從而提高鈣鈦礦的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

6、在一實施例中，n為1～9。

7、r基和鹵取代的苯環(huán)結(jié)構(gòu)之間的距離較短，不易形成分子間加合物，該雙性分子可以根據(jù)需要靈活地與配位不足的陰離子和配位不足的陽離子結(jié)合。

8、在一實施例中，路易斯堿性基團包括噻吩基、呋喃基、吡啶基和3-甲基咪唑基中的至少一種。

9、上述路易斯堿基團可以與配位不足的陽離子結(jié)合，為其提供孤電子對以鈍化鈣鈦礦晶體陰離子空位缺陷。

10、在一實施例中，x1、x2、x3、x4、x5為相同的鹵原子。

11、全鹵取代的苯環(huán)結(jié)構(gòu)作為路易斯酸基團，可以更好地與配位不足的陰離子結(jié)合，以更好地鈍化鈣鈦礦晶體配位不足的陰離子。

12、在一實施例中，雙性分子包括：

13、

14、雙性分子中以全氟取代的苯環(huán)作為路易斯酸基團，不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以很好地鈍化鈣鈦礦晶界缺陷，而且上述雙性分子容易合成。

15、第二方面，本申請實施例提供一種雙性分子的的制備方法，包括如下步驟：

16、將式ii所示的化合物進行氫化反應(yīng)，得到本申請實施例第一方面提供的雙性分子；

17、

18、利用式ii所示的化合物進行氫化反應(yīng)可以得到本申請實施例中式i所示的雙性分子。該制備方法不僅工藝簡單，容易實現(xiàn)，而且得到有路易斯酸基團和路易斯堿基團的雙性分子可以很好地鈍化鈣鈦礦的晶界缺陷，從而提高鈣鈦礦的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

19、在一實施例中，氫化反應(yīng)的溫度為60～80℃；和/或，

20、氫化反應(yīng)的時間為2～8h。

21、上述溫度和時間條件下可以很好地實現(xiàn)雙性分子的合成。

22、在一實施例中，氫化反應(yīng)在銠類催化劑條件下進行；和/或，

23、氫化反應(yīng)在醇類溶劑中進行。

24、上述催化劑的加入可以很好地提高雙性分子的合成效率。而醇類溶劑可以為雙性分子的合成提供很好的環(huán)境。

25、在一實施例中，式ii所示的化合物的合成步驟包括：將式iii所示的化合物與亞磷酸三乙酯進行親核取代反應(yīng)，然后將親核取代反應(yīng)的產(chǎn)物與r-(ch2)n-1-co進行加成反應(yīng)；

26、

27、其中，x’為鹵原子。

28、亞磷酸三乙酯與式iii所示鹵代苯環(huán)烴首先發(fā)生親核取代反應(yīng)，然后與醛發(fā)生反應(yīng)得到hwe(horner-wadsworth-emmons)反應(yīng)產(chǎn)物即式ii所示的化合物。

29、第三方面，本申請實施例提供一種應(yīng)用，即本申請實施例第一方面提供的雙性分子和/或本申請實施例第二方面提供的制備方法制備得到的雙性分子作為鈣鈦礦晶體鈍化劑的應(yīng)用。

30、基于式i所示的雙性分子同時具有路易斯酸基團和路易斯堿基團，可以用于鈍化鈣鈦礦晶界配位不足的陰離子和配位不足的陽離子，因此可以作為鈣鈦礦晶體鈍化劑鈍化鈣鈦礦的晶界缺陷，從而可以提高鈣鈦礦的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

31、第四方面，本申請實施例提供一種鈣鈦礦材料，鈣鈦礦材料包括鈣鈦礦晶體以及與鈣鈦礦晶體結(jié)合的本申請實施例第一方面提供的雙性分子和/或本申請實施例第二方面提供的制備方法制備得到的雙性分子。

32、基于該雙性分子同時具有路易斯酸基團和路易斯堿基團，且具有疏水性，用在鈣鈦礦材料中作為鈍化劑與鈣鈦礦晶體結(jié)合，從而鈍化鈣鈦礦的晶界缺陷，提高鈣鈦礦材料的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

33、在一實施例中，鈣鈦礦晶體與雙性分子的摩爾比為1：(0.0001～0.002)。

34、上述比例下的雙性分子可以很好地鈍化鈣鈦礦晶體。

35、第五方面，本申請實施例提供一種光電器件，包括鈣鈦礦層，鈣鈦礦層包括本申請實施例第四方面提供的鈣鈦礦材料。

36、因本申請實施例提供的光電器件的鈣鈦礦層包括特有的鈣鈦礦材料，這樣的鈣鈦礦層中晶界缺陷少，防潮性能好，從而使光電器件具有很好的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

37、在一實施例中，光電器件包括太陽能電池。

38、太陽能電池使用本申請實施例特有的鈣鈦礦材料，這樣可以將光能更好地轉(zhuǎn)換為電能，使太陽能電池具有很好的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

39、第六方面，本申請實施例提供一種用電裝置，包括本申請實施例第五方面提供的光電器件。

40、通過采用本申請實施例第五方面提供的光電器件，這樣的用電裝置光電轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，可以更好地進行工作。

41、上述說明僅是本申請技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本申請的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本申請的具體實施方式。

技術(shù)特征：

1.一種雙性分子，其特征在于，所述雙性分子的化學結(jié)構(gòu)通式如式i所示：

2.如權(quán)利要求1所述的雙性分子，其特征在于，n為1～9。

3.如權(quán)利要求1或2所述的雙性分子，其特征在于，所述路易斯堿性基團包括噻吩基、呋喃基、吡啶基和3-甲基咪唑基中的至少一種。

4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的雙性分子，其特征在于，x1、x2、x3、x4、x5為相同的鹵原子。

5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的雙性分子，其特征在于，所述雙性分子包括：

6.一種雙性分子的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述氫化反應(yīng)的溫度為60～80℃；和/或，

8.如權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，所述氫化反應(yīng)在銠類催化劑條件下進行；和/或，

9.如權(quán)利要求6-8任一項所述的制備方法，其特征在于，式ii所示的化合物的合成步驟包括：將式iii所示的化合物與亞磷酸三乙酯進行親核取代反應(yīng)，然后將所述親核取代反應(yīng)的產(chǎn)物與r-(ch2)n-1-co進行加成反應(yīng)；

10.如權(quán)利要求1-5任一項所述的雙性分子和/或如權(quán)利要求6-9任一項所述的制備方法制備得到的雙性分子作為鈣鈦礦晶體鈍化劑的應(yīng)用。

11.一種鈣鈦礦材料，其特征在于，所述鈣鈦礦材料包括鈣鈦礦晶體以及與所述鈣鈦礦結(jié)合的如權(quán)利要求1-5任一項所述的雙性分子和/或如權(quán)利要求6-9任一項所述的制備方法制備得到的雙性分子。

12.如權(quán)利要求11所述的鈣鈦礦材料，其特征在于，所述鈣鈦礦晶體與所述雙性分子的摩爾比為1：(0.0001～0.002)。

13.一種光電器件，包括鈣鈦礦層，其特征在于，所述鈣鈦礦層包括權(quán)利要求11或12所述的鈣鈦礦材料。

14.如權(quán)利要求13所述的光電器件，其特征在于，所述光電器件包括太陽能電池。

15.一種用電裝置，其特征在于，所述用電裝置包括權(quán)利要求13或14所述的光電器件。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種雙性分子及其制備方法和應(yīng)用。本申請?zhí)峁┑碾p性分子的化學結(jié)構(gòu)通式如式I所示：其中，R包括路易斯堿性基團，X<subgt;1</subgt;、X<subgt;2</subgt;、X<subgt;3</subgt;、X<subgt;4</subgt;、X<subgt;5</subgt;獨立包括氫和鹵原子中的至少一種，且X<subgt;1</subgt;、X<subgt;2</subgt;、X<subgt;3</subgt;、X<subgt;4</subgt;、X<subgt;5</subgt;不同時為氫，n為大于或等于1的整數(shù)。本申請的雙性分子同時具有路易斯酸基團和路易斯堿基團，這樣的雙性分子可以用于鈍化鈣鈦礦晶界兩種缺陷即配位不足的陰離子和配位不足的陽離子，因而這樣的雙性分子用于鈣鈦礦材料中可以顯著提高鈣鈦礦的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉天宇,顧帥,賈博宇,郭永勝,陳國棟
受保護的技術(shù)使用者：寧德時代未來能源（上海）研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19