【摘 要】
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钙钛矿太阳能电池自2009年诞生以来,其光电转换效率在短短的十几年内由3.81%跳跃式的攀升到25.5%,而空穴传输层作为钙钛矿太阳能电池中必不可少的一部分,改善空穴传输材料的性能可以提高器件的光电转换效率和使用寿命。本文采用密度泛函理论研究了三个体系的空穴传输层材料对开路电压、短路电流、填充因子等器件性能的影响,希望可以为研制低成本且高效率的空穴传输层材料提供可靠的理论指导。本文的研究内容主要从
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钙钛矿太阳能电池自2009年诞生以来,其光电转换效率在短短的十几年内由3.81%跳跃式的攀升到25.5%,而空穴传输层作为钙钛矿太阳能电池中必不可少的一部分,改善空穴传输材料的性能可以提高器件的光电转换效率和使用寿命。本文采用密度泛函理论研究了三个体系的空穴传输层材料对开路电压、短路电流、填充因子等器件性能的影响,希望可以为研制低成本且高效率的空穴传输层材料提供可靠的理论指导。本文的研究内容主要从以下三个方面展开:（1）基于二苯胺为给电子基团,芴环为核心基团设计了四种具有不同取代基团的空穴传输层材料T1-T4,目的是探索二苯胺给体基团上不同取代基对空穴传输材料性能的影响,通过研究它们的电子、光学以及空穴传输性质对开路电压、光吸收范围、短路电流以及填充因子等器件性能影响的结果得到结论:对比四种空穴传输材料发现,甲氧基的引入会拉高空穴传输材料的HOMO能级,甲硫基的引入则会拉低空穴传输材料的HOMO能级。T4具有更低的HOMO能级和最高的空穴迁移速率,所以T4作为空穴传输层应用在钙钛矿器件中理论上可以使器件获得更高的开路电压或者短路电流和填充因子,从而提升器件的PCE。（2）通过降低螺环的对称性这一特点,基于具有高度平面结构的空穴传输材料C1和C2上进行改进,采用稠环为中心核设计了具有高度扭曲结构的C3和C4,并通过具有平面性结构空穴传输材料和具有高度扭曲结构空穴传输材料的性能比较,探讨高度扭曲结构对于空穴传输材料的影响。通过研究它们的电子、光学以及空穴传输性质对开路电压、短路电流以及填充因子等器件性能影响的结果可知:拥有非平面结构的材料C3和C4具有更低的HOMO能级和最高的空穴迁移速率,所以C3和C4作为空穴传输层应用在钙钛矿器件中理论上可以使器件获得更高的开路电压或者短路电流和填充因子,从而提升器件的PCE。（3）基于第二章得到的空穴传输材料C4,设计了稠环为中心核,三苯胺为给电子基于团具有不同取代基团的三种空穴传输材料W1-W3,探究三苯胺给体基团上不同的取代基对空穴传输材料性能的影响,通过研究这几种材料的电子、光学以及空穴传输性质对开路电压、短路电流以及填充因子等器件性能影响的结果得到结论:W3具有更低的HOMO能级和最高的空穴迁移速率,所以W3作为空穴传输层应用在钙钛矿器件中理论上可以使器件获得更高的开路电压或者短路电流和填充因子,从而提升器件的PCE。
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