聚咔唑空穴传输材料的设计、合成及在反式钙钛矿光伏电池中的应用

摘要

反式（p-i-n型）钙钛矿光伏电池（PSCs）因其具有可低温制备、稳定性高和无迟滞或迟滞低等优点引起了学术界和商业界广泛的关注。常用的反式PSCs中的空穴传输材料（HTMs）大多数为聚合物，其中最为优异的是具有高迁移率、高透光率和高稳定性的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（PTAA）。新型聚合物HTMs的设计、开发对反式PSCs器件性能的提高具有重要意义。本论文的工作是设计、合成基于咔唑单元的聚合物HTMs，并将其应用到反式PSCs，其主要研究内容和结果如下： (1)以咔唑单元作为聚合物主链，以三苯胺单元作为外围基团，通过Suzuki偶联反应合成了聚合物3,6-PCzTPA，2,7-PCzTPA和3,6-2,7-PCzTPA。其中HOMO能级较高的3,6-PCzTPA获得较低的开路电压（VOC）为0.96V，导致应用时器件效率较低为16.4%。2,7-PCzTPA的吸收光谱发生明显红移导致空穴迁移率较低，应用于反式PSCs时填充因子（FF）为73.2%，器件效率为17.2%。高效的3,6-2,7-PCzTPA的HOMO能级匹配导致空穴迁移率较高，制备的电池具有较高的VOC，器件效率最高可达到18.4%。本部分工作表明共轭骨架较弯曲的聚咔唑HTMs应用于反式PSCs可获得更高的效率。 (2)分别在咔唑单元的3,6位和2,7位引入甲氧基苯胺单元，通过钯催化剂C-N偶联反应合成了聚合物3,6-PCzTPA-OMA和2,7-PCzTPA-OMA。基于反式器件结构为ITO/HTM/(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15/PCBM/C60/BCP/Ag的光伏器件两者的光电转换效率（PCE）均为8%左右。本部分工作表明甲氧基苯胺单元的引入位置对两个聚咔唑HTMs的光电性质包括吸收、荧光和能级均影响不大，导致空穴迁移率、光伏性能基本一致。 (3)分别在咔唑单元的3,6位和2,7位引入二辛基芴单元，通过Suzuki偶联反应合成了聚合物3,6-PCzTPA-F和2,7-PCzTPA-F。在咔唑单元上不同的位置引入二辛基芴单元不仅提高了聚合物的分子量，同时也增强了材料的溶解性。基于反式器件结构为ITO/HTM/(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15/PCBM/C60/BCP/Ag的光伏器件，两个聚咔唑HTMs的PCE分别为10.46%和6.31%。本部分工作表明二辛基芴单元在咔唑单元上3,6位取代能够提升材料的空穴迁移率，应用于器件中有更优异的表现。

目录

声明

第一章 绪论

1.1前言

1.2 反式钙钛矿太阳电池的概况

1.3 反式钙钛矿太阳电池空穴传输材料的研究进展

1.4 展望与选题依据

参考文献

第二章 材料以及器件制备和表征测试

2.1 前言

2.2 材料和试剂

2.3 材料的纯化

2.4 材料的表征

2.5 反式PSCs器件的制备

2.6 反式PSCs器件的表征

参考文献

第三章 基于咔唑单元的聚合物空穴传输材料：共轭骨架弯曲对材料性质和光伏性能的影响

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 咔唑单元的聚合物空穴传输材料：甲氧基苯胺单元的取代位不同对材料性质和光伏性能的影响

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

第五章 咔唑单元的聚合物空穴传输材料：二辛基芴单元的取代位不同对材料性质和光伏性能的影响

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

参考文献

第六章全文总结与展望

全文总结

工作展望

附录

致谢

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