鈣鈦礦太陽能電池具有諸多潛在的優(yōu)勢,例如,制作成本低、合成工藝簡單、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,本文主要對這兩類材料進行研究以期改善鈣鈦礦太陽能電池的整體性能。基于量子化學(xué)理論方法和分子動力學(xué)模擬技術(shù),我們發(fā)現(xiàn)適當?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),這也將促進高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池的開發(fā)。本文的主要內(nèi)容如下:第一節(jié):據(jù)報道,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,我們設(shè)計了五種分子�；诿芏确汉碚摗ⅠR庫斯電荷轉(zhuǎn)移理論和愛因斯坦關(guān)系式,我們對材料的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)和空穴傳輸性能進行了研究。計算結(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

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈣鈦礦太陽能電池的結(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，主要包括以下幾個過程：(1)當太陽光照射到鈣鈦礦吸光層時，鈣鈦礦層吸收太陽光能量發(fā)生光學(xué)激發(fā)過程，產(chǎn)生一對自由電子-空穴對，稱為激子；(2)電子-空穴對在TiO2/CH3NH3PbI3和CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD兩異質(zhì)結(jié)處實現(xiàn)同時分離；(3)被激發(fā)到鈣鈦礦導(dǎo)帶的自由電子會擴散到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FTO陽極，然后經(jīng)外電路到達Au電極。(4)與此同時，空穴也在鈣鈦礦價帶中產(chǎn)生并且擴散到CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD的界面處，然后注入到Spiro-OMeTAD的價帶中，空穴在空穴傳輸層Spiro-OMeTAD中傳輸并到達金屬Au對電極。(5)空穴與來自FTO陽極的自由電子結(jié)合，形成閉合回路并產(chǎn)生光電流[19,20]。圖1.2鈣鈦礦太陽能電池的工作原理1.2.2鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸材料空穴傳輸材料，簡稱HTMs，作為空穴傳輸層其作用是將鈣鈦礦層中產(chǎn)生的電子-空穴對中的空穴傳輸?shù)浇饘賹﹄姌O，從而實現(xiàn)電子與空穴的有效分離；同時，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]：無機材料、高分子材料以及有機小分子材料。用于鈣鈦礦太陽電池中的中使用的無機空穴傳輸材料，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，但用于沉積這類材料的溶劑分子會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，使得開發(fā)和合成有機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行空穴傳輸行為[26-27]�；�-OMe取代基的位置會對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，這項研究系統(tǒng)地探索了改變-OMe取代基的位置會產(chǎn)生何種影響，這對于開發(fā)高性能的空穴傳輸材料具有實際意義。于此，我們逐步地改變苯環(huán)上-OMe的位置，依次從對位到鄰位再到間位分別設(shè)計了五種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�，改變-OMe取代基的位置可以對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對其電子結(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]和馬庫斯電荷轉(zhuǎn)移理論[29]進行理論研究，期待這項工作可以為設(shè)計性能優(yōu)良的空穴傳輸材料提供切實可行的策略。圖3.1所有的分子結(jié)構(gòu)。r1，r2分別表示紅色和藍色的甲氧基苯官能團


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