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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.