摘要
钙钛矿太阳电池(PerovskiteSolarCell，PSC)是一类以金属卤化物钙钛矿材料作为吸光层的太阳电池，作为一种新型太阳电池，近十几年来其功率转换效率(PowerConversionEfficiency,PCE)从最初的3.8％迅速增长到了25.8％，并且由于PSC制备工艺简单，成本较为低廉，近年来受到研究人员的广泛关注。最常见的高效PSC由空穴传输层(HoleTransportingLayer，HTL)、电子传输层和夹在它们之间的钙钛矿光吸收层、以及透明导电玻璃和电极组成。其中HTL起着提取和传输光生空穴、抑制电子回流和保护钙钛矿层等的重要作用。到目前为止，大量不同种类的空穴传输材料(HoleTransportingMaterials，HTMs)已被开发并应用在PSC中，由于螺旋型小分子具有电荷传输各向同性、抑制聚集等优势，spiro-OMeTAD保持着PSC的最高效率。然而，spiro-OMeTAD分子稳定性较差、分子中的螺二芴核合成复杂，限制其应用。本文主要通过将咔唑基团替换spiro-OMeTAD末端苯甲醚提升了器件的效率和稳定性，并开发了基于低成本螺[芴-9,9''-蒽]核的分子，探究了分子结构与器件性能的关系。主要取得的成果如下: (1)以spiro-OMeTAD的核即9,9''-螺二芴(9,9''-spirobi[fluorene]，SBF)为核心，设计并合成了一种新型的螺旋型小分子，其中spiro-OMeTAD中的苯甲醚被N-乙基咔唑完全取代，命名为spiro-carbazole。与spiro-OMeTAD相比，新开发的分子表现出更低的HOMO能级、更高的空穴迁移率和极高的玻璃化转变温度(Tg=196℃)。基于spiro-carbazole的PSC表现出22.01％的PCE，超过了spiro-OMeTAD(21.12％)。更重要的是，和spiro-OMeTAD对比，基于spiro-carbazole的PSC器件具有更好的热稳定性、湿稳定性和长期稳定性。 (2)通过将氧原子引入到spiro-OMeTAD的核心上即以螺[芴-9,9''-蒽](spiro[fluorene-9，9''-xanthene],SFX)为核心，制备了四种小分子HTM(SFX-1、SFX-2、SFX-3和SFX-4)。研究发现末端取代位点对分子的性质有显著影响。其中，末端基团位于SFX芴侧3,6-取代位点的SFX-3,具有高导电性，并且其HOMO能级与钙钛矿层匹配良好。3.6-取代位点的SFX-3展现出比其他取代位点的分子更好的成膜性能和更好的空穴提取能力。将SFX-3应用于PSC实现了较高的PCE(22.42％)，尽管在相同情况下略低于spiro-OMeTAD(22.96％)，但其稳定性更好且成本更低。
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