摘要: 近年来，有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池因高效、廉价且易于制备等优点从各类新型太阳能电池中脱颖而出，受到了广泛关注，其光电转换效率在短短几年内从3.8%迅速提高到了20%以上。目前钙钛矿太阳能电池常用的空穴传输材料 Spiro-OMeTAD（2,2',7,7'-... 展开 近年来，有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池因高效、廉价且易于制备等优点从各类新型太阳能电池中脱颖而出，受到了广泛关注，其光电转换效率在短短几年内从3.8%迅速提高到了20%以上。目前钙钛矿太阳能电池常用的空穴传输材料 Spiro-OMeTAD（2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴）具有合成路线复杂、价格昂贵等缺点，因此设计并开发新的高效、低成本空穴传输材料具有重要意义。 本文以烷氧基噻吩作为中心结构，三苯胺基团作为封端基团，通过单键、双键或螺环结构连接，设计并合成了五个三苯胺类空穴传输化合物D1、D2、D3、S1和S2，通过核磁共振和质谱等对其结构加以确认。 量子化学计算表明各化合物HOMO电子云均分布于整个分子，有利于空穴的传输，其中具有螺环结构的化合物 S1和 S2与 Spiro-OMeTAD相似，两个π共轭分子半部近似垂直，螺环的引入对分子半部的能级结构影响较小。紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱和及荧光量子效率的测试表明，螺环结构的引入未改变分子半部的光物理性质，而双键的引入则会使带隙减小，光谱发生红移。通过TGA和DSC研究了材料的热性能，化合物的热分解温度较高，在377~431℃之间，螺环的引入可显著提高化合物的玻璃化转变温度，S1、S2的玻璃化转变温度分别为158℃和153℃。通过循环伏安测试并结合紫外-可见吸收光谱数据，得到了化合物的能级结构，其HOMO能级在-5.32~-5.17 eV之间，与CH3NH3PbI3能级匹配，可作为空穴传输层用于钙钛矿太阳能电池。溶解性测试表明，目标化合物具有较好的溶解性，但螺环的引入会降低分子的溶解性。化合物D1、D2、D3、S1和S2成膜性良好，以旋转涂布法制备的固态薄膜呈无定形态，其粗糙度均在1 nm以内，具有良好的平整性。 在未掺杂情况下，以D1、D2、D3、S1和S2作为空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池分别获得了7.12%、4.51%、8.02%、5.27%和5.97%的光电转化效率。在掺杂 LiTFSI/TBP的情况下，基于化合物 D3和 S2制备的电池分别获得了12.39%和12.56%的效率。 收起