三苯胺类结构的空穴传输材料的合成及钙钛矿太阳能电池研究

发布时间：2020-09-24 19:50

　　 近年来有机无机卤化物钙钛矿以其优异的光电转换性能,在太阳能电池和发光器件领域得到了广泛的重视。钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有制备工艺简单、光电转换效率(PCE)高(已达24.2%)等优点,成为研究热点。空穴传输材料(HTM)作为钙钛矿太阳能电池的重要功能层,对器件的效率和稳定性有重大影响,同时也影响了器件成本。传统空穴传输层需要掺杂添加剂以提高迁移率,但添加剂容易潮解,会加速钙钛矿晶体的分解从而影响器件寿命。为了改善钙钛矿太阳能电池的实用性,提高器件稳定性和降低材料成本是必须要解决的问题。本文设计合成了两个以噻吩环为核心的三苯胺结构化合物4,4'-((1E,1'E)-(3,4-二甲氧基噻吩)-2,5-二乙烯基-2,1)-二(N,N-二(4-甲基苯基)苯胺)(DMOT-V-MeTPA,HTM1)和4,4'-((1E,1'E)-(3,4-二甲氧基噻吩)-2,5-二乙烯基-2,1)-二(N,N-二(4-甲氧基苯基)苯胺)(DMOT-VMeOTPA,HTM2),以及一个以四苯基联苯二胺(TPB)为核心的三苯胺结构化合物N,N'-二(4-苄基)-N,N'-二(4-(4-N,N-二(4-苄基)氨基)苯基)乙烯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(XY1)。利用核磁共振谱和质谱对中间体及目标产物进行了结构表征。为了探讨目标化合物结构对材料性质产生的影响,对其光物理性质、分子能级、电化学性质、热性能和薄膜特性进行了研究。三种材料HTM1、HTM2和XY1的热分解温度分别为316℃、362℃和399℃,玻璃转化温度为82℃、99℃和101℃,带隙分别为2.72 eV、2.68 eV和2.79 eV,LUMO能级分别为-5.24 eV、-5.19 eV和-5.28 eV,HOMO能级分别是-2.52 eV、-2.51 eV和-2.49 eV,旋涂薄膜的均方根表面粗糙度(RMS)分别为1.089 nm、0.336 nm和2.193 nm。在此基础上,将合成的三个空穴传输材料应用到钙钛矿太阳能电池中,制备了无掺杂的钙钛矿太阳能电池,分别获得了10.58%、12.71%和13.23%的光电转换效率。以XY1为穴传输材料制备的未封装器件,在相对湿度40%时,经过600 h老化,器件的效率保持不变,而以Spiro-OMeTAD为基础的器件在相同时间后PCE下降至70.9%;在一个标准光照条件下,经480 h老化后器件的PCE为69.8%,对比器件仅为24.7%;在85℃高温黑暗条件下,经480 h老化后器件的PCE为58.7%对比器件仅为32.2%。研究结果表明,目标化合物合成工艺简单,作为空穴传输材料制备的无掺杂器件有更好的稳定性。
【学位单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM914.4;TB34
【部分图文】：

各类光伏电池的效率趋势图

PSCs的结构及其工作原理示意图

螺环化合物的结构

【参考文献】

相关期刊论文 前5条

1 邓林龙;谢素原;黄荣彬;郑兰荪;;钙钛矿太阳能电池材料和器件的研究进展[J];厦门大学学报(自然科学版);2015年05期

2 梁栋;贾瑞龙;简选;梁镇海;;钙钛矿太阳能电池的研究进展[J];现代化工;2015年09期

3 杨林;左智翔;于凤琴;纪三郝;王天华;王鸣魁;;钙钛矿太阳能电池的研究进展[J];化工技术与开发;2015年09期

4 宋志浩;王世荣;肖殷;李祥高;;新型空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的研究进展[J];物理学报;2015年03期

5 杨术明,李富友,黄春辉;染料敏化纳米晶太阳能电池[J];化学通报;2002年05期

相关博士学位论文 前2条

1 冯姝;湿法制备的有机电致发光小分子薄膜性质研究[D];清华大学;2012年

2 戴军;一些新型材料物性的理论研究[D];中国科学技术大学;2011年

相关硕士学位论文 前1条

1 王志强;含噻吩的三苯胺类空穴传输材料的合成、性能及应用[D];天津大学;2016年

本文编号：2826191