摘要: 自2009年具有双极性传输特性的有机-无机杂化钙钛矿材料用于太阳能电池器件，经过器件工艺的改进和材料的制备，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的效率由3.8%提升到了25.5%，成为极具商业化应用前景的新型太阳能电池。通常情况下，PSCs器件结构由工作电极（... 展开 自2009年具有双极性传输特性的有机-无机杂化钙钛矿材料用于太阳能电池器件，经过器件工艺的改进和材料的制备，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的效率由3.8%提升到了25.5%，成为极具商业化应用前景的新型太阳能电池。通常情况下，PSCs器件结构由工作电极（ITO或FTO玻璃）、电子传输层（ETL）、钙钛矿光吸收层、空穴传输层（HTL）和金属电极（Au、Al、Ag等）五部分构成。其中，HTL起到至关重要的作用，不仅将钙钛矿层中光生空穴快速提取，还可以较大程度避免钙钛矿与空气中的水分和氧气接触导致的降解。理想的空穴传输材料（HTMs）应具有高的空穴迁移率、与钙钛矿材料匹配的能级、优异的热稳定性和溶解性以及良好的疏水性。 含氟官能团具有好的疏水性和较强的拉电子性，因此，在HTM中引入氟元素成为制备高效PSC的研究热点。本论文通过设计合成一系列含氟官能团的新型小分子HTMs，研究了含氟官能团修饰方式对HTM自身性能和对PSC性能提升的影响，实验结果如下： （1）以螺二芴（SBF）和螺[芴-9.9’-氧杂蒽]（SFX）两种结构为核，设计并合成一系列以不同的含F基团（单氟原子、3,4,5-三氟苯和三氟甲基）作为外围封端基团的六个小分子HTMs，分别为SBF-PF、SBF-P3F、SBF-PCF3、SFX-PF、SFX-P3F和SFX-PCF3。研究发现引入含F官能团可以降低材料的最高已占据轨道（HOMO）能级并且提高空穴迁移率和疏水性能。其中以三氟甲基修饰的化合物SBF-PCF3与SFX-PCF3表现出较高的空穴迁移率和良好的疏水性。SBF-PCF3和SFX-PCF3的空穴迁移率分别达到7.69×10-5cm2V-1s-1和6.30×10-5cm2V-1s-1，水接触角分别为91°和91.5°。将SFX-PF、SBF-PF和SBF-PCF3应用于非掺器件中分别获得1.28%、3.60%和9.84%的光电转换效率（PCE）。 （2）将三氟甲基通过烷氧链接入基于SBF和SFX为核的HTMs中，合成了两个新型的小分子化合物SBF-POCCF3和SFX-POCCF3。研究发现，引入非共轭三氟乙氧基后的化合物具有优异的疏水性能和较高的空穴迁移率（SBF-POCCF3：2.31×10-4cm2V-1s-1；SFX-POCCF3：1.22×10-4cm2V-1s-1）。基于SBF-POCCF3和SFX-POCCF3以及Spiro-OMeTAD的非掺PSC器件的PCE分别为15.21%、11.96%和13.28%。基于SBF-POCCF3和SFX-POCCF3的掺杂PSC器件的PCE分别为21.11%和20.16%。基于SBF-POCCF3的器件效率高于Spiro-OMeTAD的器件效率（20.44%）。将未封装的SBF-POCCF3基PSC在空气湿度为60%的环境中放置250h后仍能保持原始效率的93.03%，表现出优异的长期稳定性。 收起