螺芴型空穴傳輸材料穩(wěn)定性及其器件光電特性研究.pdf

1、鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cells,PSCs)是近幾年興起的采用有機(jī)-無機(jī)復(fù)合金屬鹵化鈣鈦礦材料MAPbX3(X=I,Br,Cl)為光敏劑的一類新型固態(tài)薄膜太陽能電池。PSCs由于制作工藝簡單、成本低廉、效率高，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，成為光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。自2009年以來，基于鈣鈦礦材料制備的PSCs能量轉(zhuǎn)換效率從3.8%快速提高至22.1%?？昭▊鬏攲?Hole Transport Material,HT

2、M)是PSCs的關(guān)鍵組成部分之一，主要負(fù)責(zé)光生空穴的收集和傳輸。目前最常用的HTM是非晶螺芴型的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)胺基]-9,9'-螺二芴（簡稱Spiro-OMeTAD），Spiro-OMeTAD分子中立體正交的螺二芴結(jié)構(gòu)使其具備優(yōu)異的性能。傳統(tǒng)的Spiro-OMeTAD結(jié)構(gòu)復(fù)雜，繁瑣的合成純化步驟會增大它的生產(chǎn)成本，不利于PSCs的商業(yè)化。因此開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、高性能的新型HTM勢在必行。此外，P

3、SCs若要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，必須保持長期穩(wěn)定的工作。功能層HTM的穩(wěn)定性是影響PSCs穩(wěn)定性的一個重要因素。本論文中對PSCs中常用空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，在考察其熱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究水分和氧氣對其化學(xué)結(jié)構(gòu)及其光電特性的影響，發(fā)現(xiàn)水、氧對Spiro-OMeTAD的性質(zhì)影響甚微。但是Spiro-OMeTAD的成本過高，因此在保留其核心結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對它復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，設(shè)計合成結(jié)構(gòu)簡化、成本低廉、性能優(yōu)異的新

4、型HTM，并成功制備低成本高性能的PSCs。
　　首先，熱重分析表明Spiro-OMeTAD的分解溫度接近400℃，具有良好的熱穩(wěn)定性；將Spiro-OMeTAD分別放置在高濕度、空氣環(huán)境中處理，考察水分、氧氣對其分子結(jié)構(gòu)、光電性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)Spiro-OMeTAD分子結(jié)構(gòu)、光吸收特性及電學(xué)特性也沒有發(fā)生明顯變化，這表明該材料在空氣中具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。將不同條件下處理的Spiro-OMeTAD組裝成PSCs，器件光電轉(zhuǎn)換效率

5、(PCE)基本相當(dāng)。
　　其次，實(shí)驗中保留Spiro-OMeTAD核心螺芴結(jié)構(gòu)，利用叔丁基對Spiro-OMeTAD外圍基團(tuán)進(jìn)行改造，合成結(jié)構(gòu)簡單的新型螺芴型HTM(Spiro-027)。實(shí)驗中，對Spiro-027進(jìn)行熱失重分析、CV、UV-vis、Tafel等表征，分析發(fā)現(xiàn)Spiro-027具有良好的熱穩(wěn)定性，并且表現(xiàn)出比Spiro-OMeTAD更高的空穴遷移率和導(dǎo)電性。將兩種HTMs應(yīng)用到PSCs中對比發(fā)現(xiàn)，基于Spiro-