多聚吲哚类空穴传输材料的设计合成及其钙钛矿太阳能电池器件性能

发布时间：2020-12-02 18:44

　　开发优异的空穴传输材料是提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性的重要手段之一。目前,最广泛应用的空穴传输材料是Spiro-OMe TAD,但是Spiro-OMe TAD复杂的合成步骤和高昂的合成成本限制了钙钛矿太阳能电池的商业化进程。设计合成廉价易得、性能优异的空穴传输材料成为目前钙钛矿太阳能电池领域研究的热点之一。合理的分子设计可以帮助我们在更短的时间内,利用更少的资源开发出性能更高的空穴传输材料。本论文旨在研究空穴传输材料的修饰基团和核心框架对材料光电性质的影响,为设计合成高效的空穴传输材料提供思路和参考。我们的主要研究内容如下:（1）设计并合成了一系列基于三并咔唑（TAT）为核心和二苯胺的衍生物为修饰基团的小分子空穴传输材料（T1,T2和T3）。通过改变二苯胺修饰基团上甲氧基的数量来调控材料的光电性质,并将材料应用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。研究了甲氧基对空穴传输材料光电性质和钙钛矿太阳能电池性能参数的影响,为开发新型空穴传输材料提供参考信息;（2）设计并合成了一系列基于三并咔唑为核心的小分子空穴传输材料,通过改变修饰基团的结构得到了T4和T5。研究了不同的分子结构对材料... 

【文章来源】：南京邮电大学江苏省

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

介孔型钙钛矿太阳能电池的结构示意图和工作原理

可或缺的一部分，这为后来简化钙钛矿太阳能电池的制备工艺提供了新思路。1.3.2 平面异质结钙钛矿太阳能电池的结构和工作原理经典的平面异质结钙钛矿太阳能电池的结构示意图以及工作原理如图1.2所示，该结构主要包括衬底 (导电玻璃基底)、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层以及金属对电极。这种结构的钙钛矿太阳能电池与介孔型钙钛矿太阳能电池的主要区别在于：通过蒸镀或者旋涂的方法将钙钛矿材料直接沉积在电子传输层上，避免使用需要高温加工的介孔金属氧化物 (如 TiO2) 作为框架。这种电池为p-i-n 结构，钙钛矿材料夹杂在电子传输材料和空穴传输材料之间，利用钙钛矿材料的双极性性质，光生载流子可以在钙钛矿层实现快速高效的分离，并分别运输至电子传输层和空穴传输层。这种结构的钙钛矿太阳能电池的优势在于结构简单，避免使用高温烧结等复杂的制备工艺，为大面积制备和商业化应用提供了可能性，并且平面异质结钙钛矿太阳能电池的优化选择性更为多样，灵活性更高。图 1.2 平面异质结钙钛矿太阳能电池的结构示意图和工作原理Snaith 课题组制备了一种结构简单的平面异质结钙钛矿太阳能电池

邮电大学硕士研究生学位论文 第已经能取得较高的光电转换效率和稳定性，但令人遗憾的是，但是 SeTAD 的合成路线复杂，其中心螺环结构的核需通过重氮化反应、格氏步反应制得 (如图 1.3 所示)[25]，导致其造价高昂，使得钙钛矿太阳能产成本过高，不利于钙钛矿太阳能电池的商业化生产和推广。而且 SeTAD 的空穴迁移率不高，大约为 10-5数量级 (单位 cm2V-1s-1)，因此需杂双(三氟甲磺酰基)胺锂盐 (Li-TFSI) 和 4-叔丁基吡啶 (TPB) 等添加迁移率，这无疑进一步增加了成本。并且这些添加剂具有一定的吸水性一定程度上降低电池的稳定性[26]。因此，通过合理的分子结构设计，发效的空穴传输材料来替代 Spiro-OMeTAD，是降低钙钛矿太阳能电池器提升器件效率和稳定性的重要途径之一，也是目前钙钛矿太阳能电池领热点之一。


本文编号：2895582