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基于吩噁嗪给体的d-π-d型空穴传输材料的合成、表征及其光伏特性研究

基于吩噁嗪给体的D-π-D型空穴传输材料的合成、表征及其光伏特性...

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作者：陈亚通广东工业大学

学位级别：硕士

钙钛矿太阳能电池的商业化瓶颈之一是由于常用空穴传输材料往往需要借助吸湿性小分子添加剂来提高材料的空穴传输能力,然而添加剂的使用会造成器件的稳定性差。这些吸湿性掺杂剂的使用不仅会使水分进入和产生离子扩散而破坏电池的长期... 详细信息

钙钛矿太阳能电池的商业化瓶颈之一是由于常用空穴传输材料往往需要借助吸湿性小分子添加剂来提高材料的空穴传输能力,然而添加剂的使用会造成器件的稳定性差。这些吸湿性掺杂剂的使用不仅会使水分进入和产生离子扩散而破坏电池的长期稳定性,而且增加了器件制造的复杂性和总成本。寻找更加经济高效的非掺杂空穴传输材料是使钙钛矿太阳能电池走向商业化的重要一步。所以,本论文的研究重点主要集中在开发新型非掺杂空穴传输材料来提高钙钛矿太阳能电池的光伏性能和稳定性。主要研究内容如下:(1)设计合成了两种空穴传输材料,即BdT-PTZ和BdT-POZ,并进一步将它们用作钙钛矿太阳能电池中的非掺杂空穴传输层。对材料的结构表征结果表明BdT-POZ具有更短的N-N距离,使其获得了2.1×10cmVs的高空穴迁移率,比BdT-PTZ(9.8×10cmVs)高出大约两倍,是PTAA(4.1×10cmVs)的五倍,可以认为分子堆积模式和相邻分子间的氧化还原中心的距离可能会影响空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的空穴提取和传输能力。基于BdT-PTZ和BdT-POZ的器件分别获得了79.8%和81.7%的高填充因子以及18.26%和19.16%的出色光电转换效率。稳态/瞬态荧光光谱结果表明BdT-POZ的填充因子高主要归功于其更高效的空穴提取和空穴传输能力。(2)设计并合成了在苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩(BdT)上带有己氧基侧链的BdTO-POZ用作非掺杂空穴传输材料。通过与BdT-POZ进行对比,发现己氧基提高了材料的热稳定性,但是降低了分子间相互作用,降低了BdTO-POZ单晶中相邻分子的N-N距离(6.882(?)),导致理论空穴迁移率(9.6×10cmVs)低于BdT-POZ(2.2×10cmVs)。但是通过SCLC测得的BdTO-POZ薄膜迁移率达到了1.7×10cmVs,仍具有较好的空穴传输能力,这归因于BdTO-POZ在薄膜状态下具有更有序的分子排列。然而基于BdTO-POZ的器件性能仅有15.44%,后续仍需进一步优化钙钛矿配方以及器件制备工艺。(3)设计并合成了具有烷基侧链(7-庚烯基)的L1和芳基侧基(4-乙烯基-苄基)的L2,目的是通过热交联形成具备高空穴迁移率以及抗溶剂刻蚀的三维聚合物薄膜。交联后基于L2的器件效率从16.17%提高到18.31%,这归因于交联后产生的更强的侧链相互作用。基于L1的器件效率从16.45%降低到14.69%,原因是薄膜与钙钛矿前驱体溶液之间的润湿性过差,导致钙钛矿层无法完全覆盖。

关键词：钙钛矿太阳能电池空穴传输材料吩噁嗪 d-π-d结构非掺杂

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