具有聚集诱导发光三维小分子空穴传输层调控钙钛矿太阳能电池界面特性

Due to the drawbacks of the conventional spiro-OMeTAD hole-transport layer (HTL) such as the weak absorption of visible light, complex synthesis and high cost, it’s critical to develop novel HTLs materials for improving the device performance and meeting the requirement of the large-scale technique of the perovskite solar cells(PSCs). In this project, a series of novel 3D AIE-CZ-PA small molecular HTL materials based on aggregation-induced emission (AIE) molecular core and carbazole phenylamine (CZ-PA) arm are designed and synthesized by simple reactions. The AIE-CZ-PA with 3D molecular structure, similar to spiro-OMeTAD, could not only possess good solubility and favor a good interaction with the perovskite layer, but also can obtain the well-matched HOMO level and high hole mobility by simply tuning the chemical structure. Significantly, the characteristic of the AIE can improve the light absorption of the devices by wavelength transition. The correlation of the chemical structure, molecular geometry and the AIE effect with the device performance will be systematically studied. Subsequently, the high-performance perovskite solar cells will also be fabricated.

传统螺芴空穴传输层材料具有在可见光区吸收差、合成繁琐、价格昂贵等缺点，因此开发新型空穴传输层材料是提高钙钛矿太阳能电池性能及其大面积制备的重要一环。本项目提出以具有聚集诱导发光（AIE）分子为核，咔唑基芳胺（CZ-PA）为臂，通过简单易行的反应，构筑价格低廉、可溶液加工的、高性能新型三维小分子AIE-CZ-PA钙钛矿空穴传输层材料。AIE-CZ-PA型分子独特的三维结构既保持了螺芴的优良性质，如三维螺旋结构使AIE-CZ-PA溶解性好，与钙钛矿可形成良好的接触；同时，AIE-CZ-PA 型分子易于能级调控和化学修饰，具有与钙钛矿相匹配的HOMO能级和较好的空穴迁移率；更值得一提的是，AIE特有的光电性能可以实现波长转换，提高器件对太阳光的吸收，因此又能有效弥补不足。深入研究材料分子化学结构、空间立构及其AIE效应对器件性能的调控作用，并在此基础上，制备高性能钙钛矿太阳能电池。

本项目以四苯乙烯、三苯乙烯等具有聚集诱导发光（AIE）分子为核，以咔唑基芳胺、苝酰亚胺等为臂，制备一系列价格低廉的高性能新型具有AIE效应的三维小分子空穴传输层材料。同时，进一步调控AIE基团的位置，采取AIE分子为端基，苯并噻二唑或苯并二噻酚等单元为核，构筑了一系列具有不同空间结构的新型三维AIE小分子空穴传输层材料。深入研究材料分子化学结构、空间立构及其AIE效应带来的光转换效应对器件性能的调控作用，并在此基础上，制备高性能钙钛矿太阳能电池。研究发现，分子独特的三维结构可以与钙钛矿可形成良好的接触；同时AIE特有的光电性能可以实现波长转换，提高器件对太阳光的吸收，以及一定程度降低紫外光对器件的损伤，从而提高器件的稳定性。另外，本项目同时还进一步探索了AIE分子对有机太阳能电池性能的调控作用。