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Naphtho[1,2-b:4,3-b']dithiophene-Based hole transporting materials for High-performance Perovskite Solar Cells: Molecular Engineering and Opto-electronic Properties

Naphtho[1,2-b:4,3-b']dithiophene-Based Hole Transporting Mat...

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第五届新型太阳能电池学术研讨会

作者： Bin-Bin Cui Ning Yang Congbo Shi Shuangshuang Yang Jiang-Yang Shao Ying Han Liuzhu Zhang Qingshan Zhang Yu-Wu Zhong Qi Chen Advanced Research Institute of Multidisciplinary Science Beijing Institute of Technology Department of materials Science and Engineering Beijing Institute of Technology Beijing National Laboratory for Molecular Sciences CAS Key Laboratory of Photochemistry Institute of Chemistry Chinese Academy of Sciences

As a pump for extracting carriers from the absorber to the cathode, hole transporting materials(HTMs) play indispensable roles in promoting the power conversion efficiencies(PCE) of perovskite solar cells(PSCs). In this context, we present two simple HTMs using 2,2’-(1,2-phenylene) bisthiophene or naphtho[1,2-b:4,3-b’]dithiophene as a π-bridge to link two electron-donor units(4’,4’’-dimethoxytriphenylamine): PBT and NDT. Their frontier molecular orbital energies match well with those of perovskites as is consistent with the DFT calculation *** PCE measured under mimetic solar illumination(AM 1.5, 100 mW/cm) increases from 13.6%(PBT) to 18.8%(NDT), which surpass that of the spiro-OMeT AD(18.1%)reference. The modified annulated core in NDT makes it perform better in photovoltaic conversion than PBT. The reason for this is discussed from aspects of hole mobility, charge collection probability(Pc) and recombination kinetics.

关键词： hole transport materials perovskite solar cells photoelectric conversion π-π stacking

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Porphyrin-Based Donor materials for Highly Efficient Organic Photovoltaics

Porphyrin-Based Donor Materials for Highly Efficient Organic...

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中国化学会第四届卟啉与酞菁学术研讨会

作者： Zhu,Xunjin Chen,Song Wong,Wai-Kwok Department of Chemistry Hong Kong Baptist University

Porphyrins and their derivatives have been extensive studied as photosensitizers in DSSCs and donor materials in bulk heterojunction organic solar cells(BHJ OSC) because of their excellent thermal stability,efficient light-harvesting ability,and high susceptibility in electron-transfer ***,we first reported the use of acceptor-donor-acceptor(A-D-A) structural porphyrin small molecules as donor materials in organic solar cells that facilitates delocalized π-conjugation and π-stacking in the solid state,and the large planar π-conjugation macrocycles can ensures high carrier mobility and efficient intermolecular charge transfer in the π-stacking direction.[1,2] The structural engineering with either different peripheral substitutions or various aromatic linkers on porphyrin core,can simultaneously facilitate better solubility,stronger intermolecular π-π stacking and higher charge transfer mobility in film,leading to the highest PCE of 9.50% in the conventional ***,our recent work demonstrated that the symmetrical meso-aryl substituted porphyrins can applied as hole transport materials(HTMs) in organic-inorganic hybrid perovskites solar cells(PSCs).For their suitable energy level,efficient exciton dissociation and charge transfer in HTM/perovskite films,the best power conversion efficiency of 17.78%(JSC = 22.68 mA cm,VOC = 1.099 V,FF = 71.3%) has been achieved for the zinc(II) porphyrin *** represents the highest PCE among those ever reported for porphyrin-and phthalocyanine-based HTMs in PSCs.

关键词： Porphyrin solar cells donor materials hole transport materials high efficiency

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螺环类钙钛矿太阳能电池空穴传输材料的合成与性能研究

螺环类钙钛矿太阳能电池空穴传输材料的合成与性能研究

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作者：张金辉大连海事大学

学位级别：硕士

太阳能光伏发电是解决目前能源危机与环境污染问题的一种有效途径。太阳能来源丰富且清洁可再生,与太阳能关系密切的太阳能电池备受关注。经过几十年的发展,太阳能电池的种类从传统的晶硅太阳能电池发展到各类新型太阳能电池,包括晶体... 详细信息

太阳能光伏发电是解决目前能源危机与环境污染问题的一种有效途径。太阳能来源丰富且清洁可再生,与太阳能关系密切的太阳能电池备受关注。经过几十年的发展,太阳能电池的种类从传统的晶硅太阳能电池发展到各类新型太阳能电池,包括晶体硅太阳能电池、有机薄膜电池以及钙钛矿太阳能电池等。尤其是钙钛矿太阳能电池,从2009年出现至今,仅在短短七年时间内就实现了光电转换效率的飙升,曾被Science评为"2013年十大科学突破"之一,成为目前新型太阳能电池的研究热点,目前报道的最高效率已经高达22%以上。钙钛矿太阳能电池如此优越的光电转化效率离不开其中的空穴传输材料,空穴传输材料能有效收集空穴并传输空穴。因此,开发新型空穴传输材料并对性能的研究是提升钙钛矿太阳能电池整体性能的一种重要途径。目前,对空穴传输材料的研究热点之一是有机小分子类,由于有机分子类材料具有合成方法灵活、成功率高、材料成膜性好、空穴迁移率高、热稳定性好、化学结构设计与调节可控、器件能量转化效率高等诸多优点,从而开发此类新型空穴传输材料备受重视。通常,有机小分子空穴传输材料按分子结构大体可以分为三类:直链类、星状类、螺环类。目前转换效率最高的电池当属使用螺环类的空穴传输材料,同时螺环类空穴传输材料因其独特的刚性非平面结构和分子间的共轭性提供了该类材料优异的热稳定性和良好的空穴迁移率。本论文从钙钛矿太阳能电池的基本工作原理出发,结合了钙钛矿吸光层的价带能级的匹配原则、电池器件结构的稳定性、材料的合成成本上把控,设计合成了几类新型的螺环类和咔唑类有机小分子空穴传输材料,并对它们进行了基本理化性质的一些表征和器件上的使用,论文的主要研究内容包括:(1)从廉价易得的原料着手,设计合成了两种二苯胺类外围片段和两种咔唑二苯胺类外围片段,通过低温反应、关环反应、NBS溴代反应、Suzuki偶联反应、Buckwald-Hartwig偶联反应等,实现片段与中间核的C-N偶联,从而合成新的目标分子。

关键词： solar cells perovskite solar cells spirals hole transport materials

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