【摘 要】
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随着地球上化石能源等不可再生能源的不断消耗以及各地区组织对大力发展环保事业的呼吁与支持,因此,如何高效利用太阳能这种用之不竭的清洁可再生能源成了当今世界的一大难题。钙钛矿太阳能电池因其发展迅速吸引了众多目光,其中,空穴传输材料对器件效率的提升和性能稳定性方面都有着至关重要的影响。本文设计并合成了三个以呋喃或噻吩衍生物基团作为中间单元结构的双(二芳胺基芴)类空穴传输材料,它们分别为FZH1、FZH2
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随着地球上化石能源等不可再生能源的不断消耗以及各地区组织对大力发展环保事业的呼吁与支持,因此,如何高效利用太阳能这种用之不竭的清洁可再生能源成了当今世界的一大难题。钙钛矿太阳能电池因其发展迅速吸引了众多目光,其中,空穴传输材料对器件效率的提升和性能稳定性方面都有着至关重要的影响。本文设计并合成了三个以呋喃或噻吩衍生物基团作为中间单元结构的双(二芳胺基芴)类空穴传输材料,它们分别为FZH1、FZH2和FZH3,它们是在碱性条件下,相应的二醛化合物与2,7-二溴芴之间发生缩合反应,随后该反应物与双(4-甲氧基苯基)胺发生Buchwald–Hartwig反应生成的最终产物。为了进一步确定有机化合物的分子结构,我们对相关物质进行了一系列核磁共振氢谱、碳谱等的表征,并对各个空穴传输材料进行了有关光物理性能、电化学性能的研究,并通过密度泛函理论来优化化合物的结构,然后我们将其应用在钙钛矿太阳能电池上面,探究了不同情况下我们设计合成的双(二芳胺基芴)类空穴传输材料对钙钛矿太阳能电池整体性能的影响。有机小分子化合物的结构对其各方面性能都有着十分重要的影响,中间结构单元以双键与芴结构连接形成一个共轭桥,增大了材料的共轭体系,使得其对光的吸收和捕捉能力增强。FZH1、FZH2和FZH3这三个分子的光学和电化学性能有很大的相似性,它们都在波长为380nm左右处发生了π–π*跃迁,在475nm处有着最大吸收峰。与此同时,这三种新型空穴传输材料的HOMO-LUMO能级都起到了对电子的阻挡作用和对空穴的传递功能。将FZH1作为空穴传输材料应用在钙钛矿太阳能电池上面时,经测试研究表明,与未添加掺杂剂时相比,添加了以Li TFSI和t-BP为掺杂剂的器件,在各个光电性能参数方面均表现出十分优异的性能;同等条件下,基于FZH1制备的器件有着与spiro-OMe TAD相差无几的表现,甚至更高的开路电压。经过优化和对比,在模拟太阳光(AM1.5,100 m W/cm~2)下,基于FZH1得到的性能最优异的器件,其开路电压为1.00V,短路电流密度为17.54m A/cm~2,填充因子为66.93%,光电转换效率达到了13.01%。
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