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第 4 期                   历成龙,等:  三芳胺-均苯三甲酰胺衍生物的自组装及光电性能                                   ·735·


            苯胺基团发生电子转移所致。化合物 H1 的 HOMO                         输材料应用于甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池。
            能级为5.14 eV,LUMO 能级为1.80 eV,对比量子                  2.3.3    热重分析
            化学计算结果,发现实验测得的能级值低于理论计                                 图 8 为化合物 H1 的 TGA 曲线。
            算结果,这是由于理论计算没有考虑溶剂效应的影
            响,忽略了分子间作用力            [20] 。














                                                                         图 8    化合物 H1 的 TGA 曲线
                                                                            Fig. 8    TGA curve of H1

                         图 6  H1 的循环伏安曲线
                       Fig. 6    CV curve of H1 in THF             从图 8 可以看出,化合物 H1 具有较高的热 T d 。
                                                               以失重前的基线延长线与 TGA 曲线拐点(最大失重
                          表 3  H1 的电化学数据                       速率)处切线的交点所对应的温度作为 T d ,化合物
                 Table 3    Electrochemical characteristics of H1
                                                               H1 的 T d 为 445 ℃。有机半导体材料的热稳定性通
                Compound    E g/eV   E onset/eV  E HOMO/eV  E LUMO/eV
                                                               常由 T d 来衡量,较高的 T d 有利于器件的正常使用。
                  H1         3.34    0.34   5.14   1.80
                                                               H1 分子具有合适的 T d ,从热性能方面来看,H1 可
              Spiro-OMeTAD   2.99    0.37   5.11   2.12
                 注:Spiro-OMeTAD 为 2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯     用作钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料。
            基)氨基]-9,9-螺二芴。
                 图 7 为甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池各层材料的                        3   结论
            能级要求。                                                  设计合成了以均苯三甲酰胺基为构筑单元的超

                                                               分子作用调控的芳胺类聚集体 H1,通过对 UV-vis
                                                               吸收光谱、荧光发射光谱以及 SEM 测试分析表明,
                                                               化合物 H1 具有较大的斯托克斯位移及自组装性能,
                                                               对于实现有机光电功能材料优异的导电性及空穴传
                                                               输能力具有重要意义。
                                                                   通过量子化学计算 H1 的几何构型和能级,结
                                                               果表明 H1 的能级可以与钙钛矿太阳能电池的空穴
                                                               传输层要求相匹配。根据 UV-vis 吸收数据、荧光发

                                                               射数据和循环伏安曲线计算出化合物 H1 的 HOMO 能
                    图 7    钙钛矿电池中相应材料的能级图
            Fig. 7    Energy levels of corresponding materials in perovskite   级是5.14 eV,LUMO 能级是1.80 eV,应用于钙钛
                   solar cells                                 矿太阳能电池中能够与钙钛矿层能级匹配。对化合
                                                               物的热性能进行研究,证明其具有良好的热稳定性,
                 在钙钛矿太阳能电池中,钙钛矿吸光层甲胺铅
                                                               可以在器件的工作中维持稳定的状态。H1 具有良好
            碘(MaPbI 3 )的 HOMO 能级为5.43 eV,为有利于
                                                               的自组装性能以及优异的电化学性能,具备作为空
            空穴的传输,空穴传输层材料分子的 HOMO 值应高
                                                               穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池的性能。
            于5.43 eV。为使电子更有效地传输到二氧化钛层,
            阻止电子传输到金属电极与空穴复合,空穴传输层                             参考文献:
            材料的 LUMO 能级应高于 MaPbI 3 的 LUMO 能级
                                                               [1]   Jia Zhiyu (贾志宇), Li Yongjun (李勇军), Liu Huibiao (刘辉彪), et
            (3.93 eV)。本文合成的 H1 的 HOMO 能级和 LUMO                    al.  Self-assembly  of  functional  molecular  systems  based  on
            能级均符合要求,且 HOMO 能级和 Spiro-OMeTAD                        intramolecular charge-transfer compounds[J]. Scientia Sinica: Chimica
            的 HOMO 能级(5.11 eV)相近,能够作为空穴传                          (中国科学:  化学), 2016, 46(10), 1050-1063.
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