摘要
钙钛矿太阳能电池（perovskitesolarcells,PSCs）由于其高效，价廉，柔性等优势逐渐成为最具发展潜力的新一代光伏发电技术，如今单结器件的最高效率也已经在25%以上，预示着PSCs无比广阔的产业化前景。其中，空穴传输层与钙钛矿层之间的电荷提取与转移对PSCs器件性能有着至关重要的影响。然而目前最常用的空穴传输材料（HTMs），2,2'',7,7''-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9''-螺二芴（Spiro-OMeTAD）需要添加会吸收水分的掺杂剂来提高其空穴迁移率和电导率，而这对钙钛矿薄膜的稳定性不利；此外冗长的合成路径和繁琐的纯化过程导致高昂的成本，也不利于该材料实现低成本的大规模生产；最后本身较浅的最高占据分子轨道（HOMO）与钙钛矿价带顶的能级不匹配，同样造成了严重的能量损失。因此开发优秀空穴传输性能，简单易合成的无掺杂HTMs有着重大意义。同时，在钙钛矿活性层的制备的过程中，不可避免地在界面处存在大量的电荷缺陷态，造成电荷的非辐射复合，严重抑制载流子的运输的同时，缺陷处也可作为水氧渗透的通道，促进钙钛矿薄膜的降解，所以通过界面工程来钝化表面缺陷，调节表面能级，隔绝水汽的侵蚀也是提升PSCs器件整体性能与稳定性的关键策略之一。 尽管现有研究已经开发了多种小分子钝化策略来抑制界面处的非辐射复合，从而获得高效稳定的PSCs器件。但是由于缺乏对小分子钝化材料中不同结构、能级、空穴迁移率、与钙钛矿相互作用等与钝化性能联系的深入研究，很大程度上影响了对钝化分子的有效选择。因此本文通过分子工程，对有机小分子的核心受体A单元进行调控，设计并合成了四种D-A-D（给体单元-受体单元-给体单元）钝化小分子SBT、DBT、CBT-EH和CBT-BO来探究不同核心受体单元结构的小分子的引入分别对钙钛矿器件的光电性能的影响。研究证明，相较于其它结构的小分子，有着最多杂原子和最长共轭体系的CBT-BO表现出与钙钛矿价带顶适配的能级，并且较好的分子共平面型和更长的烷基侧链分别促进了电荷在分子间的传输和在溶剂中的溶解与加工，最终CBT-BO具有合适的能级且较好的钝化能力，促进了界面处的空穴提取，经CBT-BO改性后的PSCs得到了最高的22.16%能量转化效率（powerconversionefficiency，PCE），明显高于未修饰的PSC（19.9%），且表现出更小的迟滞效应和更优异的稳定性，在1800h老化测试后，仍保持了95%的初始效率。 在工作一中已经证明了稠合苯并噻二唑单元在钝化界面缺陷和空穴传输方向有着较好的潜力，因此将稠合苯并噻二唑单元中的衍生单元稠合苯并三氮唑单元与不同结构的噻吩结合，设计并合成了两种有着缺陷钝化功能、高度平面性且结构简单的D-A型聚合物PCBTz-T和PCBTz-TF，将其作为非掺杂HTMs应用于正置PSCs中，结果表明PCBTz-T和PCBTz-TF都有着与钙钛矿较为匹配的能级并达到较高的迁移率（1.732×10-4和1.282×10-4cm2V-1S-1）。可以高效地从钙钛矿中提取和传输空穴，最后在使用PCBTz-T和PCBTz-TF聚合物作为HTMs且不添加任何掺杂剂的PSCs器件，分别得到了21.04%和10.20%的PCE，充分证明了稠合苯并三氮唑基聚合物杰出的空穴传输性能和缺陷钝化功能。此外PCBTz-T作为空穴传输材料时只需要5mg/ml的浓度与较低的分子量和聚合度就足够优异地传导空穴，与需要70mg/ml以上的Spiro-OMeTAD相比成本也更低，更适应未来的商业化生产。此外，PCBTz-T聚合物的高度致密性和疏水性也有效阻隔了水汽对钙钛矿薄膜的侵蚀，在25℃，相对湿度为20-40%中存放1000小时后，基于PCBTz-T作为HTMs的PSCs器件仍有着超过95%的初始PCE，表现出了较好的环境稳定性。
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