几种有机小分子空穴传输材料的合成及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

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太阳能光伏发电作为解决能源危机与环境问题的有效途径,在世界范围内得到快速发展。太阳能因其分布广泛、用之不竭而成为人们重视的焦点,其最主要的利用方式是太阳能电池。近年来利用有机铅卤化物钙钛矿作为活性层制备的钙钛矿太阳能电池受到了科学工作者关注,进而出现了大量的创新性研究成果。钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有制备工艺简单、可溶液法制备、能量转换效率高等优点。在PSCs结构中,空穴传输层(HTMs)能够保证有效电荷的提取和传输,因此HTMs一直是PSCs中不可缺少的部分。目前应用在钙钛矿电池中的空穴传输材料分为无机类HTMs,聚合物类HTMs和有机小分子类HTMs。虽然无机类HTMs空穴迁移率高、成本低,但是在制备中使用的溶剂会部分溶解钙钛矿,影响器件的稳定性;而聚合物类HTMs溶解度低,分子量不确定且纯化过程复杂,因此人们致力于研究设计有机小分子类HTMs。论文中将应用于PSCs中的有机小分子HTMs材料依据分子中心核的不同分为螺旋类、噻吩类、三苯胺类、三并咔唑类、甘菊蓝类和其它类空穴传输材料,详细评述了各类有机小分子空穴传输材料的分子结构、能级水平和迁移率对电池性能的影响。然而,目前关于芘化合物和功能化纳米石墨烯分子作为空穴传输材料应用到钙钛矿太阳能电池的研究却少有报道,因此本论文的主要工作为以下三个方面,希望为更多的有机小分子类HTMs材料的合成提供指导意义。1.设计了两种4,5,9,10-四取代芘衍生物,取代基为二苯胺和二甲氧基二苯胺。探索不同钯催化剂、磷配体、无机盐对反应的影响,并考察了一种4,5,9,10-四取代芘衍生物作为HTMs材料应用到PSCs中的电池性能。2.通过Diels-Alder(D-A)反应合成了四种1,3,6,8-四取代以芘为核心的枝状分子,外围生色团为三苯胺和二甲氧基三苯胺。通过对以芘为核枝状分子的紫外、荧光及热重等表征手段,研究了不同外围生色团修饰对枝状分子光电性能的影响及调控。考察了两种1,3,6,8-四取代以芘为核心的枝状分子作为HTMs材料应用到PSCs中的电池性能。3.对 Perchlorinatedhexa-peri-hexabenzocoronene 进行化学功能化修饰,边缘引入噻吩、苯硫酚和苯胺官能团,合成了两种分子结构确定的纳米石墨烯空穴传输材料,结合质谱、荧光等手段进行表征。
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