【摘 要】
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近年来,钙钛矿太阳电池技术发展迅速,其最高的能量转换效率已经接近26%。在钙钛矿太阳电池器件中空穴传输材料是重要组成部分之一。目前2,2,7,7-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9-螺二芴（Spiro-OMe TAD）是应用最广泛的小分子空穴传输材料。然而,Spiro-OMe TAD合成繁琐、成本较高,且需要引入掺杂剂来增加其空穴迁移率。掺杂剂的引入会促进离子迁移和增加空穴传输层的吸湿
【基金项目】
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国家自然科学基金（51973063）； 广州市珠江科技新星项目（201710010194）； 广东省科技创新特支计划青年拔尖人才项目（2019TQ05C890）；
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近年来,钙钛矿太阳电池技术发展迅速,其最高的能量转换效率已经接近26%。在钙钛矿太阳电池器件中空穴传输材料是重要组成部分之一。目前2,2,7,7-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9-螺二芴（Spiro-OMe TAD）是应用最广泛的小分子空穴传输材料。然而,Spiro-OMe TAD合成繁琐、成本较高,且需要引入掺杂剂来增加其空穴迁移率。掺杂剂的引入会促进离子迁移和增加空穴传输层的吸湿性,从而降低器件的稳定性。因此,设计合成一种具有低成本、合成简易,且具有良好器件性能的非掺杂空穴传输材料用于替代Spiro-OMe TAD显得十分重要。区别于以往的设计策略,本文将D-A-π-A-D型分子设计策略引入至空穴传输材料的设计中,设计并合成了一系列小分子非掺杂空穴传输材料用于替代Spiro-OMe TAD,并对其理化性质、热稳定性、成膜性以及钙钛矿太阳电池器件性能展开了研究。第二章设计并合成了D-A-π-A-D型空穴传输材料DTB-FL,其具有与钙钛矿层相匹配的能级。同时,其良好的溶解性和成膜性,使其能够覆盖并平滑钙钛矿薄膜表面,进而有利于空穴的传输。分子中的硫原子与氮原子能够有效地钝化钙钛矿表面的缺陷,减少了界面处的电荷复合。在非掺杂的情况下,DTB-FL展现出较高的空穴迁移率(3.94×10-3 cm~2V-1s-1)。基于DTB-FL所制备的钙钛矿太阳电池分别实现了21.5%（0.09 cm~2）和19.6%（1 cm~2）的能量转换效率,优于对照的基于掺杂Spiro-OMe TAD的器件效率(19.4%,0.09 cm-2;16.8%,1 cm-2)。第三章为了进一步改善D-A-π-A-D型空穴传输材料的成膜性、热性能以及电荷传输性能,引入了三个IDT类的π桥作为中心核合成了三种空穴传输材料L1F、L2F和L3F。随着π桥上增加苯基和烷基链,L1F、L2F和L3F的溶解性逐渐提高,成膜性逐渐改善。随着中心核共轭的延长,L1F、L2F和L3F在非掺杂条件下的空穴迁移率逐渐升高。同时,刚性大共轭平面基团的引入提高了L3F分子的玻璃化转变温度（180℃）。由于L3F具有较高的玻璃化转变温度和更加疏水的性质,其分子薄膜在85℃下的储存稳定性得到了提升。基于L3F的钙钛矿太阳电池实现了17.6%的能量转换效率。第四章沿用了上一章提到的IDTT中心核,选用了更加廉价的给电子单元（二甲基芴,乙基咔唑和苯基咔唑）来研究端基的改变对D-A-π-A-D型空穴传输材料的成膜性、玻璃化转变温度以及空穴迁移率的影响,设计合成了三个空穴传输材料L4、L5和L6。这三个分子均具有良好的溶解性和成膜性,以苯基咔唑为端基的L6表现出最好的成膜性和更高的玻璃化转变温度（151℃）。同时,苯基咔唑端基的引入优化了L6分子的堆积,使其在非掺杂的情况下表现出了较高的空穴迁移率(2.63×10-4 cm~2V-1s-1)。基于L6分子的钙钛矿太阳电池器件实现了20.6%的能量转换效率,优于相同条件下非掺杂Spiro-OMe TAD器件（16.7%）。
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