鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有諸多潛在的優(yōu)勢(shì),例如,制作成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、光電轉(zhuǎn)換效率高等等,因此受到學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。電荷傳輸材料則是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中必不可少的組成部分,其包括空穴傳輸材料和電子傳輸材料,本文主要對(duì)這兩類材料進(jìn)行研究以期改善鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的整體性能。基于量子化學(xué)理論方法和分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù),我們發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)馗淖儾牧戏肿拥臉?gòu)型,比如改變?nèi)〈恢�、引入介穩(wěn)分子結(jié)構(gòu)、改變分子的形狀,可針對(duì)性地提升材料的光電性能、溶液加工性以及熱力學(xué)穩(wěn)定性。本文從本質(zhì)上闡明了微觀的分子或電子結(jié)構(gòu)與宏觀的材料性質(zhì)之間的聯(lián)系,為開發(fā)新型有機(jī)電荷傳輸材料提供了有效的策略以及可靠的理論指導(dǎo),這也將促進(jìn)高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開發(fā)。本文的主要內(nèi)容如下:第一節(jié):據(jù)報(bào)道,甲氧基苯胺類空穴傳輸材料的光電性能與其側(cè)鏈上甲氧基取代基的位置密切相關(guān)。為了解釋這一現(xiàn)象,通過改變空穴傳輸材料FDT上甲氧基的位置,我們?cè)O(shè)計(jì)了五種分子�；诿芏确汉碚�、馬庫(kù)斯電荷轉(zhuǎn)移理論和愛因斯坦關(guān)系式,我們對(duì)材料的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)和空穴傳輸性能進(jìn)行了研究。計(jì)算結(jié)果表明,甲氧基的鄰位取代或間位取代可以顯著降低FDT分子的HO... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：92 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)(a)介觀結(jié)構(gòu)；(b)平面異質(zhì)結(jié)兩種結(jié)構(gòu)

第一節(jié)引言3D/Au為例。其工作原理[18]如圖1.2所示，主要包括以下幾個(gè)過程：(1)當(dāng)太陽(yáng)光照射到鈣鈦礦吸光層時(shí)，鈣鈦礦層吸收太陽(yáng)光能量發(fā)生光學(xué)激發(fā)過程，產(chǎn)生一對(duì)自由電子-空穴對(duì)，稱為激子；(2)電子-空穴對(duì)在TiO2/CH3NH3PbI3和CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD兩異質(zhì)結(jié)處實(shí)現(xiàn)同時(shí)分離；(3)被激發(fā)到鈣鈦礦導(dǎo)帶的自由電子會(huì)擴(kuò)散到CH3NH3PbI3/TiO2界面處，并注入到TiO2導(dǎo)帶中，自由電子在電子傳輸層TiO2層中傳輸并到達(dá)FTO陽(yáng)極，然后經(jīng)外電路到達(dá)Au電極。(4)與此同時(shí)，空穴也在鈣鈦礦價(jià)帶中產(chǎn)生并且擴(kuò)散到CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD的界面處，然后注入到Spiro-OMeTAD的價(jià)帶中，空穴在空穴傳輸層Spiro-OMeTAD中傳輸并到達(dá)金屬Au對(duì)電極。(5)空穴與來自FTO陽(yáng)極的自由電子結(jié)合，形成閉合回路并產(chǎn)生光電流[19,20]。圖1.2鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工作原理1.2.2鈣鈦礦太陽(yáng)能電池空穴傳輸材料空穴傳輸材料，簡(jiǎn)稱HTMs，作為空穴傳輸層其作用是將鈣鈦礦層中產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)中的空穴傳輸?shù)浇饘賹?duì)電極，從而實(shí)現(xiàn)電子與空穴的有效分離；同時(shí)，其具有阻擋來自鈣鈦礦層中電子而防止發(fā)生電荷復(fù)合的作用。目前，固態(tài)空穴傳輸材料大致可分為三類[21]：無機(jī)材料、高分子材料以及有機(jī)小分子材料。用于鈣鈦礦太陽(yáng)電池中的中使用的無機(jī)空穴傳輸材料，如CuI，CuSCN和NiO等[22,23]，盡管高它們具有低成本和高的空穴遷移率等潛在優(yōu)勢(shì)，但用于沉積這類材料的溶劑分子會(huì)將鈣鈦礦層部分溶解，影響器件穩(wěn)定性。而聚合物材料具有純化過程復(fù)雜、溶解度低、表征復(fù)雜、分子量不確定等缺點(diǎn)，使得開發(fā)和合成有機(jī)小分子這類空穴傳輸材料備受關(guān)注[24]。近年來，使用最廣泛的有機(jī)小分子傳輸材料是

ィ??筆溝肍DT分子以雙通道的方式與鈣鈦礦層之間進(jìn)行空穴傳輸行為[26-27]�；�-OMe取代基的位置會(huì)對(duì)空穴傳輸材料的光電性能產(chǎn)生巨大的影響，我們主要探索了苯環(huán)上-OMe取代基的位置究竟是如何影響FDT分子的特殊相互作用(S···S接觸)，堆垛方式，空穴傳輸性能以及光電性能。因此，這項(xiàng)研究系統(tǒng)地探索了改變-OMe取代基的位置會(huì)產(chǎn)生何種影響，這對(duì)于開發(fā)高性能的空穴傳輸材料具有實(shí)際意義。于此，我們逐步地改變苯環(huán)上-OMe的位置，依次從對(duì)位到鄰位再到間位分別設(shè)計(jì)了五種FDT衍生物，這些衍生物被命名為F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4和F5(圖3.1)�；谏鲜鍪聦�(shí)，改變-OMe取代基的位置可以對(duì)空穴傳輸材料的光電性能產(chǎn)生很大影響，我們主要研究FDT分子上-OMe取代基的不同位置會(huì)對(duì)其電子結(jié)構(gòu)，光學(xué)吸收性能和空穴傳輸性能產(chǎn)生怎樣的影響。在本文中，我們主要采用密度泛函理論，蒙特卡羅模擬方法[28]和馬庫(kù)斯電荷轉(zhuǎn)移理論[29]進(jìn)行理論研究，期待這項(xiàng)工作可以為設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的空穴傳輸材料提供切實(shí)可行的策略。圖3.1所有的分子結(jié)構(gòu)。r1，r2分別表示紅色和藍(lán)色的甲氧基苯官能團(tuán)


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