螺芴型空穴傳輸材料穩(wěn)定性及其器件光電特性研究.pdf

1、鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cells,PSCs)是近幾年興起的采用有機-無機復合金屬鹵化鈣鈦礦材料MAPbX3(X=I,Br,Cl)為光敏劑的一類新型固態(tài)薄膜太陽能電池。PSCs由于制作工藝簡單、成本低廉、效率高，展現出良好的應用前景，成為光伏領域的研究熱點。自2009年以來，基于鈣鈦礦材料制備的PSCs能量轉換效率從3.8%快速提高至22.1%。空穴傳輸層(Hole Transport Material,HT

2、M)是PSCs的關鍵組成部分之一，主要負責光生空穴的收集和傳輸。目前最常用的HTM是非晶螺芴型的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)胺基]-9,9'-螺二芴（簡稱Spiro-OMeTAD），Spiro-OMeTAD分子中立體正交的螺二芴結構使其具備優(yōu)異的性能。傳統的Spiro-OMeTAD結構復雜，繁瑣的合成純化步驟會增大它的生產成本，不利于PSCs的商業(yè)化。因此開發(fā)結構簡單、成本低、高性能的新型HTM勢在必行。此外，P

3、SCs若要實現商業(yè)化，必須保持長期穩(wěn)定的工作。功能層HTM的穩(wěn)定性是影響PSCs穩(wěn)定性的一個重要因素。本論文中對PSCs中常用空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD的穩(wěn)定性進行研究，在考察其熱穩(wěn)定性的基礎上重點研究水分和氧氣對其化學結構及其光電特性的影響，發(fā)現水、氧對Spiro-OMeTAD的性質影響甚微。但是Spiro-OMeTAD的成本過高，因此在保留其核心結構的基礎上，對它復雜的結構進行改造，設計合成結構簡化、成本低廉、性能優(yōu)異的新

4、型HTM，并成功制備低成本高性能的PSCs。
　　首先，熱重分析表明Spiro-OMeTAD的分解溫度接近400℃，具有良好的熱穩(wěn)定性；將Spiro-OMeTAD分別放置在高濕度、空氣環(huán)境中處理，考察水分、氧氣對其分子結構、光電性質的影響，發(fā)現Spiro-OMeTAD分子結構、光吸收特性及電學特性也沒有發(fā)生明顯變化，這表明該材料在空氣中具有較好的化學穩(wěn)定性。將不同條件下處理的Spiro-OMeTAD組裝成PSCs，器件光電轉換效率

5、(PCE)基本相當。
　　其次，實驗中保留Spiro-OMeTAD核心螺芴結構，利用叔丁基對Spiro-OMeTAD外圍基團進行改造，合成結構簡單的新型螺芴型HTM(Spiro-027)。實驗中，對Spiro-027進行熱失重分析、CV、UV-vis、Tafel等表征，分析發(fā)現Spiro-027具有良好的熱穩(wěn)定性，并且表現出比Spiro-OMeTAD更高的空穴遷移率和導電性。將兩種HTMs應用到PSCs中對比發(fā)現，基于Spiro-