含噻吩的三苯胺類空穴傳輸材料的合成、性能及應用.pdf

1、近年來，有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池因高效、廉價且易于制備等優(yōu)點從各類新型太陽能電池中脫穎而出，受到了廣泛關注，其光電轉換效率在短短幾年內(nèi)從3.8％迅速提高到了20%以上。目前鈣鈦礦太陽能電池常用的空穴傳輸材料 Spiro-OMeTAD（2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴）具有合成路線復雜、價格昂貴等缺點，因此設計并開發(fā)新的高效、低成本空穴傳輸材料具有重要意義。
　　本文以烷氧基噻吩作為

2、中心結構，三苯胺基團作為封端基團，通過單鍵、雙鍵或螺環(huán)結構連接，設計并合成了五個三苯胺類空穴傳輸化合物D1、D2、D3、S1和S2，通過核磁共振和質(zhì)譜等對其結構加以確認。
　　量子化學計算表明各化合物HOMO電子云均分布于整個分子，有利于空穴的傳輸，其中具有螺環(huán)結構的化合物 S1和 S2與 Spiro-OMeTAD相似，兩個π共軛分子半部近似垂直，螺環(huán)的引入對分子半部的能級結構影響較小。紫外-可見吸收光譜、熒光發(fā)射光譜和及熒光量子

3、效率的測試表明，螺環(huán)結構的引入未改變分子半部的光物理性質(zhì)，而雙鍵的引入則會使帶隙減小，光譜發(fā)生紅移。通過TGA和DSC研究了材料的熱性能，化合物的熱分解溫度較高，在377~431℃之間，螺環(huán)的引入可顯著提高化合物的玻璃化轉變溫度，S1、S2的玻璃化轉變溫度分別為158℃和153℃。通過循環(huán)伏安測試并結合紫外-可見吸收光譜數(shù)據(jù)，得到了化合物的能級結構，其HOMO能級在-5.32~-5.17 eV之間，與CH3NH3PbI3能級匹配，可作為

4、空穴傳輸層用于鈣鈦礦太陽能電池。溶解性測試表明，目標化合物具有較好的溶解性，但螺環(huán)的引入會降低分子的溶解性。化合物D1、D2、D3、S1和S2成膜性良好，以旋轉涂布法制備的固態(tài)薄膜呈無定形態(tài)，其粗糙度均在1 nm以內(nèi)，具有良好的平整性。
　　在未摻雜情況下，以D1、D2、D3、S1和S2作為空穴傳輸層制備的鈣鈦礦太陽能電池分別獲得了7.12%、4.51%、8.02%、5.27%和5.97%的光電轉化效率。在摻雜 LiTFSI/TB