鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）近些年發(fā)展迅速,因為它具有獨特的光電特性,制備工藝簡單,成本較低等特點成為科研人員的研究重點。而空穴傳輸材料（HTMs）作為鈣鈦礦太陽能電池結構中的重要組成部分,制約著器件的性能。當前空穴傳輸材料的優(yōu)化手段還存在局限性,為了推進其進一步發(fā)展新的基于平面性因素的設計策略被提出。在本論文中基于平面性因素合成了六種D-π-D型星狀空穴傳輸材料,通過改變共軛橋鏈的位阻、中心核以及外圍給體基團的平面性來實現(xiàn)對整個分子平面性的調控。然后對其進行性能研究,主要考察分子的平面性來對空穴傳輸材料性能的調控作用。第一章概括了近些年鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展情況、工作原理,空穴傳輸材料的種類、特點,并且綜述了星狀小分子空穴傳輸材料,最后提出本文的設計思路:通過平面性來調控材料的性能。第二章我們以咔唑為核,噻吩為π橋,二甲氧基三苯胺為外圍基團,通過改變咔唑和苯環(huán)之間的平面性合成了空穴傳輸材料CS-42和CS-43,用核磁共振氫譜和碳譜確定分子結構,對二者進行性能分析發(fā)現(xiàn)經過芳基固定化的材料CS-43隨著平面性的提高HOMO能級從-5.21 eV改善為-5.32 eV,縮小了與鈣鈦礦價帶... 

【文章來源】：河北師范大學河北省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

CS-42和CS-43的SEM圖

44圖3-5：圖A、C、E、M分別是CS-44-CS-47的AFM圖；B、D、F和H是SEM圖為了觀察四種材料的成膜性，我們通過掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)來表征旋涂在鈣鈦礦層上的四種化合物的薄膜形貌。從SEM圖看雖然薄膜表面看起來比較均勻，為了進一步觀察通過原子力顯微鏡進行表征，發(fā)現(xiàn)各種化合物的粗糙程度不一，在這里均方根粗糙度反映的是薄膜的粗糙程度或表面的起伏程度。從CS-44-CS-47的均方根分別是6.24，5.69，4.30，2.04nm。通過對比CS-44和CS-46我們發(fā)現(xiàn)，通過引入噻吩提高共軛橋鏈的平面性能夠有效降低成膜表面的粗糙程度、改善材料的成膜性；同時通過對比CS-46和CS-47，我們還發(fā)現(xiàn)，提高外圍給體基團的平面性也能夠改善材料的成膜性，總之不管提高共軛橋的平面性還是提高外圍給體基團的平面性都對材料的成膜性起到調控作用，所以分子平面性有望成為空穴傳輸材料調控的重要手段。3.3.3CS-44-CS-47的疏水性

45圖3-6：四種材料在玻璃基地上的水滴接觸角為了防止水滲入鈣鈦礦層保證其穩(wěn)定性51，我們需要研究CS-44-CS-47的疏水性，因此測試了四種材料表面水滴的接觸角，如圖3-6所示。四種材料的接觸角都大于90%，說明疏水性較好，但是很明顯分子平面性不同時接觸角大小不同，CS-44的接觸角是94.2°，分子外圍給體基團進行平面化后接觸角提升到102.8°，共軛橋鏈的苯環(huán)更換為噻吩環(huán)進一步提升分子平面性后，CS-47的接觸角進一步提升為106°。可以看到，分子不同部位平面性的增強，均能有效提升分子的疏水性。3.3.4CS-44-CS-47的空穴提取能力分析圖(a)是鈣鈦礦薄膜和覆蓋在鈣鈦礦層的四種空穴傳輸材料薄膜的穩(wěn)態(tài)熒光光譜，從圖上我們可以看到鈣鈦礦膜在770nm處有很強的熒光峰，四種材料在770nm處的熒光峰很小，他們都使鈣鈦礦發(fā)生了有效的淬滅。經過計算淬滅效率達到了90%左右，說明它們都具有很強的空穴提取能力，可以當作空穴傳輸材料應用在鈣鈦礦太陽能電池中。


本文編號：3497474