基于联二萘酚有机空穴传输分子的合成及其在钙钛矿电池中的应用

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1、中图分类号：TB39论文编号：143137301学科分类号：430.4050密级：天津理工大学研究生学位论文基于联二萘酚有机空穴传输分子的合成及其在钙钛矿电池中的应用（申请硕士学位）一级学科：药学学科专业：药物化学研究方向：有机空穴传输分子的合成及应用作者姓名：乔文华指导教师：薛松教授2017年2月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeSynthesisofOrganicHoleTransportingMaterialsBasedonBINOLforPerovskiteSolarCellsByWen

2、huaQiaoSupervisorSongXueFebruary,2017iiiii摘要当今世界面临能源和环境两大问题。太阳能因其巨大的能量供应备受瞩目。近年来，钙钛矿太阳能电池由于其原料广泛，制备工艺简单受到了广泛关注。空穴传输层作为钙钛矿电池的重要组成部分是当前研究的热点。本论文设计合成新型的有机小分子替代价格昂贵的spiro-OMeTAD作为空穴传输材料。并且研究其作为空穴传输层的钛矿太阳能电池的光伏性能。论文首先设计合成了3种新型有机空穴传输材料（Q197、Q198，和Q205），对其化学结构和物理性质进行了表征，并作为空穴传输材料应用到钙钛矿太阳能电池中，研究了空穴传输分子的光物理

3、性质和电池的光伏性能与空穴传输分子结构的关系。发现基于联二萘酚的空穴传输材料表现了良好的光伏性能，开路电压和光电流均高于联二苯酚的空穴传输材料，联二萘酚基团增加了母核的共轭性，提高材料的导电性。在4-叔丁基吡啶（TBP）用量减少40%的条件下，Q197获得最高的光电转换效率，达到8.38%，接近在相同条件下spiro-OMeTAD的光电转化效率（8.73%）。此外，给体结构对空穴传输特性影响也很大，2,7-咔唑基-对（4-甲氧基-苯基）胺基明显增加了电池的光电流，3,6-咔唑基-对（4-甲氧基-苯基）胺基则能提高电池的开路电压。为了提高上述合成的空穴传输材料溶解性，改善成膜性能，在母核上引入

4、苄基和己基侧链，设计合成了Q221和Q222。研究发现，基于侧链为刚性较大的苄基化合物Q221电池的开路电压达到945mV，光电转化效率高达10.05%，与相同条件下spiro-OMeTAD相当（10.06%）。当掺杂剂（Li-TFSI和TBP）浓度减少50%时,仍表现出良好的导电性和空穴传输能力，获得更高光电转化效率（10.37%），优于明星分子spiro-OMeTAD。苄基的引入不仅提高电池的光伏性能，还增强了电池的稳定性，在持续光照200小时后，电池的光电转化效率只降低50%。关键词：钙钛矿太阳能电池空穴传输材料光电转化效率联二萘酚iAbstractNowadaystheworldis

5、sufferingintheenergyandenvironmentcrisis.Solarenergyhasattractedscientists'attentionbecauseofitshugeenergysupply.Perovskitesolarcellshavegainedsignificantattentionfortheireasyaccesstorawmaterialsandeaseoffabrication.Theholetransportlayeristhecurrentresearchfocuswhichisanimportantpartoftheperovskite

6、cells.Inthisthesis,wedesignedandsynthesizedaseriesofnewtypeoforganicsmallmoleculesreplaceexpensivespiro-OMeTADasaholetransportingmaterials.Andstudythephotovoltaicpropertiesofperovskitesolarcells.Firstly,thedesignandsynthesisof3novelorganicholetransportmaterials(Q197,Q198,andQ205),thechemicalstructu

7、reandphysicalpropertieswerecharacterizedandwereappliedtotheperovskitesolarcells.therelationshipbetweenphotovoltaicpropertiesandholetransportmolecularstructurewerestudied.Foundthatthephotovoltaicperformanceo