基于二芳基酮核心的有机小分子空穴传输材料及其在钙钛矿太阳能电池中的应用
发布时间：2021-06-11 03:53
近年来,钙钛矿太阳能电池由于其高效率和低成本的优势取得了巨大的研究进展,其能量转换效率从最初的3.8%提高到目前的25.2%。在钙钛矿太阳能电池中,与钙钛矿层直接接触的空穴传输材料可以从钙钛矿材料中提取空穴,然后将空穴传输到对电极,同时防止界面不必要的电荷复合。因此研究开发合适的空穴传输材料有助于制备高性能的钙钛矿太阳能电池。在设计合成空穴传输材料时,核心单元的选择至关重要。在已经报道的空穴传输材料中,核心单元多为三苯胺,咔唑,联苯等给电子基团,吸电子核心单元的研究并不多。吸电子基团可以增加分子极性,增强分子间的相互作用。在设计空穴传输材料时可以利用吸电子核心单元打造具有扭曲构型的“3D”分子,在增强分子间相互作用的同时保证分子具有合适的能级。因此,本论文引入了具有吸电子性能的二芳基酮作为核心单元来合成新的空穴传输材料,研究了吸电子核心单元对分子的光物理性能、电化学性能及热稳定性的影响,并将其应用于钙钛矿太阳能电池中重点讨论了分子结构对器件性能的影响。本论文主要针对以下两个方面进行研究:1、设计合成了两个基于二芳基酮核心的有机小分子空穴传输材料:BP-DC和PT-DC,两个分子的核心单...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
020年4月更新的由NREL认证并发布太阳能电池效率图
西南大学硕士学位论文2基)-9,9’-螺二芴（Spiro-OMeTAD）作为空穴传输材料，对应的电池器件效率达到了9.1%[7]。随后针对这类太阳能电池的研究越来越广泛，其能量转换效率在短时间内得到快速增长。1.2.1钙钛矿材料与器件结构钙钛矿材料的优点很多，包括强吸收，高迁移率，长载流子寿命，带隙可调控，制备方式多样等[8-10]。应用到太阳能电池领域的钙钛矿材料通常是指有机-无机杂化钙钛矿金属卤化物ABX3材料[11]，其立方晶体结构如图1.2所示。其中A和B是阳离子，X是阴离子。A通常是指小尺寸的有机阳离子，例如甲基铵CH3NH3+(MA+)，甲脒CH2(NH2)2+(FA+)等；B通常是指过渡金属二价离子，常见的有Pb2+，Sn2+等；X则是指卤素离子，比如I-，Br-，Cl-等[12，13]。图1.2钙钛矿材料ABX3的立方晶体结构如图1.3所示，钙钛矿太阳能电池器件结构有介孔结构[14，15]和平面结构[16，17]两种。这两种结构的区别在于介孔结构中含有介孔骨架支撑层,钙钛矿可以渗透到骨架支撑层以帮助成膜或提取电荷[18，19]。介孔结构器件的制备比平面结构复杂，原因在于介孔材料需要高温烧结。常规的平面结构由导电玻璃基板（FTO或ITO），电子传输层（ETL），钙钛矿层，空穴传输层（HTL）和金属电极（Au或Ag）组成。钙钛矿层通常位于电子传输层和空穴传输层之间。平面构型的钙钛矿太阳能电池可以根据电子传输层或空穴传输层在电池器件中的不同位置分为正置型（n-i-p）[20，21]和倒置型（p-i-n）[22，23]。图1.3钙钛矿太阳能电池器件结构：(a)介孔结构；(b)正置平面结构；(c)倒置平面结构
西南大学硕士学位论文2基)-9,9’-螺二芴（Spiro-OMeTAD）作为空穴传输材料，对应的电池器件效率达到了9.1%[7]。随后针对这类太阳能电池的研究越来越广泛，其能量转换效率在短时间内得到快速增长。1.2.1钙钛矿材料与器件结构钙钛矿材料的优点很多，包括强吸收，高迁移率，长载流子寿命，带隙可调控，制备方式多样等[8-10]。应用到太阳能电池领域的钙钛矿材料通常是指有机-无机杂化钙钛矿金属卤化物ABX3材料[11]，其立方晶体结构如图1.2所示。其中A和B是阳离子，X是阴离子。A通常是指小尺寸的有机阳离子，例如甲基铵CH3NH3+(MA+)，甲脒CH2(NH2)2+(FA+)等；B通常是指过渡金属二价离子，常见的有Pb2+，Sn2+等；X则是指卤素离子，比如I-，Br-，Cl-等[12，13]。图1.2钙钛矿材料ABX3的立方晶体结构如图1.3所示，钙钛矿太阳能电池器件结构有介孔结构[14，15]和平面结构[16，17]两种。这两种结构的区别在于介孔结构中含有介孔骨架支撑层,钙钛矿可以渗透到骨架支撑层以帮助成膜或提取电荷[18，19]。介孔结构器件的制备比平面结构复杂，原因在于介孔材料需要高温烧结。常规的平面结构由导电玻璃基板（FTO或ITO），电子传输层（ETL），钙钛矿层，空穴传输层（HTL）和金属电极（Au或Ag）组成。钙钛矿层通常位于电子传输层和空穴传输层之间。平面构型的钙钛矿太阳能电池可以根据电子传输层或空穴传输层在电池器件中的不同位置分为正置型（n-i-p）[20，21]和倒置型（p-i-n）[22，23]。图1.3钙钛矿太阳能电池器件结构：(a)介孔结构；(b)正置平面结构；(c)倒置平面结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]Benzothiadiazole-based hole transport materials for high-efficiency dopant-free perovskite solar cells: Molecular planarity effect[J]. Xiang Zhou,Fantai Kong,Yuan Sun,Yin Huang,Xianxi Zhang,Rahim Ghadari. Journal of Energy Chemistry. 2020(05)
[2]胶体陈化时间对TiO2致密层及钙钛矿太阳电池性能的影响探究（英文）[J]. 郭立雪,费成斌,张荣,李波,沈婷,田建军,曹国忠. Science China Materials. 2016(09)
[3]高效率钙钛矿太阳电池的界面修饰及其研究进展（英文）[J]. 牛广达,李闻哲,李江伟,王立铎. Science China Materials. 2016(09)
本文编号：3223757
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
020年4月更新的由NREL认证并发布太阳能电池效率图
西南大学硕士学位论文2基)-9,9’-螺二芴（Spiro-OMeTAD）作为空穴传输材料，对应的电池器件效率达到了9.1%[7]。随后针对这类太阳能电池的研究越来越广泛，其能量转换效率在短时间内得到快速增长。1.2.1钙钛矿材料与器件结构钙钛矿材料的优点很多，包括强吸收，高迁移率，长载流子寿命，带隙可调控，制备方式多样等[8-10]。应用到太阳能电池领域的钙钛矿材料通常是指有机-无机杂化钙钛矿金属卤化物ABX3材料[11]，其立方晶体结构如图1.2所示。其中A和B是阳离子，X是阴离子。A通常是指小尺寸的有机阳离子，例如甲基铵CH3NH3+(MA+)，甲脒CH2(NH2)2+(FA+)等；B通常是指过渡金属二价离子，常见的有Pb2+，Sn2+等；X则是指卤素离子，比如I-，Br-，Cl-等[12，13]。图1.2钙钛矿材料ABX3的立方晶体结构如图1.3所示，钙钛矿太阳能电池器件结构有介孔结构[14，15]和平面结构[16，17]两种。这两种结构的区别在于介孔结构中含有介孔骨架支撑层,钙钛矿可以渗透到骨架支撑层以帮助成膜或提取电荷[18，19]。介孔结构器件的制备比平面结构复杂，原因在于介孔材料需要高温烧结。常规的平面结构由导电玻璃基板（FTO或ITO），电子传输层（ETL），钙钛矿层，空穴传输层（HTL）和金属电极（Au或Ag）组成。钙钛矿层通常位于电子传输层和空穴传输层之间。平面构型的钙钛矿太阳能电池可以根据电子传输层或空穴传输层在电池器件中的不同位置分为正置型（n-i-p）[20，21]和倒置型（p-i-n）[22，23]。图1.3钙钛矿太阳能电池器件结构：(a)介孔结构；(b)正置平面结构；(c)倒置平面结构
西南大学硕士学位论文2基)-9,9’-螺二芴（Spiro-OMeTAD）作为空穴传输材料，对应的电池器件效率达到了9.1%[7]。随后针对这类太阳能电池的研究越来越广泛，其能量转换效率在短时间内得到快速增长。1.2.1钙钛矿材料与器件结构钙钛矿材料的优点很多，包括强吸收，高迁移率，长载流子寿命，带隙可调控，制备方式多样等[8-10]。应用到太阳能电池领域的钙钛矿材料通常是指有机-无机杂化钙钛矿金属卤化物ABX3材料[11]，其立方晶体结构如图1.2所示。其中A和B是阳离子，X是阴离子。A通常是指小尺寸的有机阳离子，例如甲基铵CH3NH3+(MA+)，甲脒CH2(NH2)2+(FA+)等；B通常是指过渡金属二价离子，常见的有Pb2+，Sn2+等；X则是指卤素离子，比如I-，Br-，Cl-等[12，13]。图1.2钙钛矿材料ABX3的立方晶体结构如图1.3所示，钙钛矿太阳能电池器件结构有介孔结构[14，15]和平面结构[16，17]两种。这两种结构的区别在于介孔结构中含有介孔骨架支撑层,钙钛矿可以渗透到骨架支撑层以帮助成膜或提取电荷[18，19]。介孔结构器件的制备比平面结构复杂，原因在于介孔材料需要高温烧结。常规的平面结构由导电玻璃基板（FTO或ITO），电子传输层（ETL），钙钛矿层，空穴传输层（HTL）和金属电极（Au或Ag）组成。钙钛矿层通常位于电子传输层和空穴传输层之间。平面构型的钙钛矿太阳能电池可以根据电子传输层或空穴传输层在电池器件中的不同位置分为正置型（n-i-p）[20，21]和倒置型（p-i-n）[22，23]。图1.3钙钛矿太阳能电池器件结构：(a)介孔结构；(b)正置平面结构；(c)倒置平面结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]Benzothiadiazole-based hole transport materials for high-efficiency dopant-free perovskite solar cells: Molecular planarity effect[J]. Xiang Zhou,Fantai Kong,Yuan Sun,Yin Huang,Xianxi Zhang,Rahim Ghadari. Journal of Energy Chemistry. 2020(05)
[2]胶体陈化时间对TiO2致密层及钙钛矿太阳电池性能的影响探究（英文）[J]. 郭立雪,费成斌,张荣,李波,沈婷,田建军,曹国忠. Science China Materials. 2016(09)
[3]高效率钙钛矿太阳电池的界面修饰及其研究进展（英文）[J]. 牛广达,李闻哲,李江伟,王立铎. Science China Materials. 2016(09)
本文编号：3223757
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