摘要高效廉价的空穴传输材料一直是钙钛矿太阳能电池的一个热点。它可以有效的提升电池稳定性和光电转换效率。本论文利用密度泛函数理论模拟计算，基于能级匹配原则，设计了一种以三蝶烯为母核的新型小分子，即，2,6,14-三(50-(N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基酚-4-基)-3,4-乙烯二氧噻吩-2-基)-三蝶烯 (TET)。 计算结果表明 TET有着比主流空穴传输材料Spiro-MeOTAD更强的库伦作用力、更小的空穴重组能 (λ=113 meV) 和更好的共轭结构。随后，以高效的 Stille 偶联反应为关键步骤成功合成出了 TET。TET 有着良好的溶解性和热稳定性。特别的，电化学测试结果表明TET的 HOMO能级 (-5.08 eV) 与钙钛矿活性层相匹配，因而具备足够的空穴传输驱动力，利于空穴传输。以TET为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池器件正在制备和优化中。41665
毕业论文关键词 钙钛矿太阳能电池 空穴传输材料 三蝶烯 能级匹配
Title Design and synthesis of a novel triptycene-based material with high hole-transporting ability.
Abstract Hole-transporting materials have drawn great attention due to their contribution to improving the stability and power conversion efficiency of perovskite solar cells. In the thesis, a novel triptycene-based material, i.e., (2,6,14-Tri(50-(N,N-bis(4-methoxyphenyl)aminophen-4-yl)-3,2-ethylen-edixythiophene-yl)-triptycene (TET) has been designed by the calculations which are performed at the density functional theory. The results of calculations show TET has stronger coulomb force, lower hole reorganization energy (λ=113 meV) and better conjugate structure than Spiro-OMeTAD. TET has been synthesized efficiently according to Stille cross-coupling reaction as a key reaction step. It has superior solubility and thermal stability. Especially, the HOMO level of TET (-5.08 eV) is well matched with perovskite, which reveals that it has enough driving force for hole-extraction. In addition, fabrication and optimization of the device based on TET are underway.
Keywords perovskite solar cells hole-transporting materials triptycene matched level
目录
1引言1
11钙钛矿太阳能电池概述1
12空穴传输层材料研究进展6
13本论文研究内容11
2设计部分12
21设计策略12
22分子设计14
23分子性能预测17
3合成部分20
31原料与试剂20
32表征设备与仪器20
33材料的合成21
4性能表征26
41热稳定性26
42光学性能26
43电化学性能27
结论29
致谢30
参考文献31
附录产物核磁共振谱图34
1 引言 能源危机一直制约着世界经济的发展，它所带来的一列系负面影响已日渐凸显。太阳能作为可再生能源，是解决此危机的一大行之有效的策略。自 1954年首个单晶硅太阳能电池诞生，太阳能电池便迅速发展，出现了多晶硅薄膜电池、染料敏化电池、有机聚合物电池以及钙钛矿电池等诸多种类。特别是钙钛矿太阳能电池，凭借出色的载流子迁移率和光吸收系数博得了科学家们的广泛重视[1]，在短短 6年时间内，便从最初 3.8%[2]的光电转换效率 (Power conversion efficiency , PCE) 提升到了20%[3]。 然而，早期的钙钛矿太阳能电池极不稳定。2009 年，Miyasaka等制得的首个钙钛矿太阳能电池仅仅文持几分钟变发生退化。2011 年，Park 等[4]将 PCE 提高到了 6.5%，但是 10 min后，效率便衰减了 80%。究其原因，是钙钛矿易溶解在电解液中，进而导致效率的损失。2012年，Kim 等[5]用 2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene (Spiro- MeOTAD) 作为空穴传输层 (Hole transport material, HTM) 代替电解液，制得基于CH3NH3PbI3的固态介观敏化电池，PEC 提升到9.7%。HTM 的引入对钙钛矿太阳能电池效率的提升带来了巨大的推动作用，成为电池的重要组分。Spiro-MeOTAD 也因为性能优异而被大多数实验室采用，但是其合成成本高昂，不利于商业化推广。因此，设计合成高效廉价的空穴传输材料成为该领域一大研究热点。 基于三蝶烯母核的高空穴传输材料的设计与合成:http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_41784.html