【摘 要】
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优异的光电性能和经济的成本效益使钙钛矿太阳能电池（PSC）成为未来最具发展前途的新型光伏技术之一。作为高效PSC中重要的组成部分,空穴传输材料（HTM）通过提取和传输光生空穴,在光电转换过程中发挥着不可忽视的作用。然而,传统HTM 2,2,7,7’-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9’-螺二芴（Spiro-OMe TAD）复杂的合成步骤,高昂的成本以及较差的稳定性不利于PSC的商业化推
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优异的光电性能和经济的成本效益使钙钛矿太阳能电池（PSC）成为未来最具发展前途的新型光伏技术之一。作为高效PSC中重要的组成部分,空穴传输材料（HTM）通过提取和传输光生空穴,在光电转换过程中发挥着不可忽视的作用。然而,传统HTM 2,2,7,7’-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9’-螺二芴（Spiro-OMe TAD）复杂的合成步骤,高昂的成本以及较差的稳定性不利于PSC的商业化推广。因此,开发低成本,高效率的新型HTM对制备高效稳定的PSC具有重要意义。本论文以设计和开发低成本,高效率的HTM为研究目标,通过分子工程手段,对HTM的核心骨架以及外围取代基进行了细致调控,合成了一系列吩噻嗪基有机小分子HTM。系统研究了分子结构差异对HTM的理化性质和光电性能的影响。具体研究内容阐述如下:（1）设计并合成了单体和二聚体构型的两种吩噻嗪基HTM PTZT和D-PTZT。研究发现,二聚体材料D-PTZT由于核心单元的正交构象,削弱了分子间的相互作用,导致载流子传输效率不佳;而单体PTZT表现出优异的成膜性和较强的π-π堆叠,更有利于电荷的抽取和传输。将PTZT和D-PTZT应用于PSC中,分别获得了18.74%和15.45%的光电转换效率。（2）利用芴取代的方法,对PTZT的外围基团进行分子工程优化,进一步开发了HTM PTZT-MPF和PTZT-FF。研究发现,部分引入芴单元可以有效提高HTM的界面电荷转移能力和增强薄膜的疏水性;而过量引入芴单元将导致HTM在薄膜状态下的聚集,不利于器件光伏性能的提升。基于PTZT-MPF的PSC获得了20.15%的光电转换效率以及更优异的稳定性。（3）以D-PTZT为参比材料,通过更换核心基团以及调控分子共轭桥基和外围取代基,开发了HTM YT-PTPA,YT-KTPA和YT-KMPF,探究桥联基团和外围取代基对性能的影响。研究表明,以咔唑代替吩噻嗪作为共轭桥基,可以显著改善分子的结构平面性和电荷离域性;外围取代基主要影响分子的成膜性和疏水性。经优化,应用YT-KMPF作为PSC的HTM获得了21.40%的高效率。
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