三苯胺類結(jié)構(gòu)的空穴傳輸材料的合成及鈣鈦礦太陽能電池研究

發(fā)布時間：2020-09-24 19:50

　　近年來有機無機鹵化物鈣鈦礦以其優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換性能,在太陽能電池和發(fā)光器件領(lǐng)域得到了廣泛的重視。鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)具有制備工藝簡單、光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)高(已達24.2%)等優(yōu)點,成為研究熱點。空穴傳輸材料(HTM)作為鈣鈦礦太陽能電池的重要功能層,對器件的效率和穩(wěn)定性有重大影響,同時也影響了器件成本。傳統(tǒng)空穴傳輸層需要摻雜添加劑以提高遷移率,但添加劑容易潮解,會加速鈣鈦礦晶體的分解從而影響器件壽命。為了改善鈣鈦礦太陽能電池的實用性,提高器件穩(wěn)定性和降低材料成本是必須要解決的問題。本文設(shè)計合成了兩個以噻吩環(huán)為核心的三苯胺結(jié)構(gòu)化合物4,4'-((1E,1'E)-(3,4-二甲氧基噻吩)-2,5-二乙烯基-2,1)-二(N,N-二(4-甲基苯基)苯胺)(DMOT-V-MeTPA,HTM1)和4,4'-((1E,1'E)-(3,4-二甲氧基噻吩)-2,5-二乙烯基-2,1)-二(N,N-二(4-甲氧基苯基)苯胺)(DMOT-VMeOTPA,HTM2),以及一個以四苯基聯(lián)苯二胺(TPB)為核心的三苯胺結(jié)構(gòu)化合物N,N'-二(4-芐基)-N,N'-二(4-(4-N,N-二(4-芐基)氨基)苯基)乙烯基)-1,1'-聯(lián)苯-4,4'-二胺(XY1)。利用核磁共振譜和質(zhì)譜對中間體及目標產(chǎn)物進行了結(jié)構(gòu)表征。為了探討目標化合物結(jié)構(gòu)對材料性質(zhì)產(chǎn)生的影響,對其光物理性質(zhì)、分子能級、電化學(xué)性質(zhì)、熱性能和薄膜特性進行了研究。三種材料HTM1、HTM2和XY1的熱分解溫度分別為316℃、362℃和399℃,玻璃轉(zhuǎn)化溫度為82℃、99℃和101℃,帶隙分別為2.72 eV、2.68 eV和2.79 eV,LUMO能級分別為-5.24 eV、-5.19 eV和-5.28 eV,HOMO能級分別是-2.52 eV、-2.51 eV和-2.49 eV,旋涂薄膜的均方根表面粗糙度(RMS)分別為1.089 nm、0.336 nm和2.193 nm。在此基礎(chǔ)上,將合成的三個空穴傳輸材料應(yīng)用到鈣鈦礦太陽能電池中,制備了無摻雜的鈣鈦礦太陽能電池,分別獲得了10.58%、12.71%和13.23%的光電轉(zhuǎn)換效率。以XY1為穴傳輸材料制備的未封裝器件,在相對濕度40%時,經(jīng)過600 h老化,器件的效率保持不變,而以Spiro-OMeTAD為基礎(chǔ)的器件在相同時間后PCE下降至70.9%;在一個標準光照條件下,經(jīng)480 h老化后器件的PCE為69.8%,對比器件僅為24.7%;在85℃高溫黑暗條件下,經(jīng)480 h老化后器件的PCE為58.7%對比器件僅為32.2%。研究結(jié)果表明,目標化合物合成工藝簡單,作為空穴傳輸材料制備的無摻雜器件有更好的穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4;TB34
【部分圖文】：