平面化调控的星状空穴传输材料的合成与性能研究

发布时间：2021-11-15 20:54

　　钙钛矿太阳能电池（PSCs）近些年发展迅速,因为它具有独特的光电特性,制备工艺简单,成本较低等特点成为科研人员的研究重点。而空穴传输材料（HTMs）作为钙钛矿太阳能电池结构中的重要组成部分,制约着器件的性能。当前空穴传输材料的优化手段还存在局限性,为了推进其进一步发展新的基于平面性因素的设计策略被提出。在本论文中基于平面性因素合成了六种D-π-D型星状空穴传输材料,通过改变共轭桥链的位阻、中心核以及外围给体基团的平面性来实现对整个分子平面性的调控。然后对其进行性能研究,主要考察分子的平面性来对空穴传输材料性能的调控作用。第一章概括了近些年钙钛矿太阳能电池的发展情况、工作原理,空穴传输材料的种类、特点,并且综述了星状小分子空穴传输材料,最后提出本文的设计思路:通过平面性来调控材料的性能。第二章我们以咔唑为核,噻吩为π桥,二甲氧基三苯胺为外围基团,通过改变咔唑和苯环之间的平面性合成了空穴传输材料CS-42和CS-43,用核磁共振氢谱和碳谱确定分子结构,对二者进行性能分析发现经过芳基固定化的材料CS-43随着平面性的提高HOMO能级从-5.21 eV改善为-5.32 eV,缩小了与钙钛矿价带... 

【文章来源】：河北师范大学河北省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

CS-42和CS-43的SEM图

44图3-5：图A、C、E、M分别是CS-44-CS-47的AFM图；B、D、F和H是SEM图为了观察四种材料的成膜性，我们通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)来表征旋涂在钙钛矿层上的四种化合物的薄膜形貌。从SEM图看虽然薄膜表面看起来比较均匀，为了进一步观察通过原子力显微镜进行表征，发现各种化合物的粗糙程度不一，在这里均方根粗糙度反映的是薄膜的粗糙程度或表面的起伏程度。从CS-44-CS-47的均方根分别是6.24，5.69，4.30，2.04nm。通过对比CS-44和CS-46我们发现，通过引入噻吩提高共轭桥链的平面性能够有效降低成膜表面的粗糙程度、改善材料的成膜性；同时通过对比CS-46和CS-47，我们还发现，提高外围给体基团的平面性也能够改善材料的成膜性，总之不管提高共轭桥的平面性还是提高外围给体基团的平面性都对材料的成膜性起到调控作用，所以分子平面性有望成为空穴传输材料调控的重要手段。3.3.3CS-44-CS-47的疏水性

45图3-6：四种材料在玻璃基地上的水滴接触角为了防止水渗入钙钛矿层保证其稳定性51，我们需要研究CS-44-CS-47的疏水性，因此测试了四种材料表面水滴的接触角，如图3-6所示。四种材料的接触角都大于90%，说明疏水性较好，但是很明显分子平面性不同时接触角大小不同，CS-44的接触角是94.2°，分子外围给体基团进行平面化后接触角提升到102.8°，共轭桥链的苯环更换为噻吩环进一步提升分子平面性后，CS-47的接触角进一步提升为106°。可以看到，分子不同部位平面性的增强，均能有效提升分子的疏水性。3.3.4CS-44-CS-47的空穴提取能力分析图(a)是钙钛矿薄膜和覆盖在钙钛矿层的四种空穴传输材料薄膜的稳态荧光光谱，从图上我们可以看到钙钛矿膜在770nm处有很强的荧光峰，四种材料在770nm处的荧光峰很小，他们都使钙钛矿发生了有效的淬灭。经过计算淬灭效率达到了90%左右，说明它们都具有很强的空穴提取能力，可以当作空穴传输材料应用在钙钛矿太阳能电池中。


本文编号：3497474