兩親性萘二酰亞胺衍生物在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用分析研究 高分子材料與工程專業(yè)

目錄摘要 1ABSTRACT 2第一章前言 31.1鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC) 31.2鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理 41.3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電子傳輸層材料 71.4本篇論文的設(shè)計(jì)思路 9第二章實(shí)驗(yàn)部分 102.1合成的藥品及試劑 102.2合成路線與步驟 10第三章實(shí)驗(yàn)結(jié)果 133.1核磁譜圖 133.2紫外-可見吸收 143.3電化學(xué)測(cè)試 153.4X射線衍射(XRD) 153.5器件表征結(jié)果 16總結(jié) 18參考文獻(xiàn) 19致謝 21摘要萘二酰亞胺衍生物具有較高的電子親合力和電荷遷移率，廣泛應(yīng)用于電子傳輸材料中。它的熱性能、機(jī)械性能以及太陽(yáng)光吸收能力相對(duì)富勒烯衍生物更優(yōu)越。除此之外，通過(guò)改性萘二酰亞胺衍生物，可以靈活地調(diào)節(jié)其光學(xué)性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、溶解度和電荷傳輸能力等，從而提高器件性能。本篇論文探索合成一種新型的萘二酰亞胺衍生物，根據(jù)結(jié)果可知，本文所合成的萘二酰亞胺材料對(duì)改進(jìn)電池性能有一定作用，但需要進(jìn)一步的探究，探索具有更優(yōu)越性能的萘二酰亞胺衍生物材料。關(guān)鍵詞：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池；萘二酰亞胺衍生物；電子傳輸層ABSTRACTNaphthalenediimidederivativeshavehighelectronaffinityandchargemobilityandarewidelyusedinelectrontransportmaterials.Itsthermalproperties,mechanicalproperties,andsolarabsorptionarebetterthanfullerenederivatives.Inaddition,themodifiednaphthalenediimidederivativescanflexiblyadjusttheiropticalproperties,electronicstructure,crystallinity,solubility,andchargetransport,therebyimprovingdeviceperformance.Thispaperexploresthesynthesisofanovelnaphthalenediimidederivative.Accordingtotheresults,thenaphthalenediimidematerialofthispaperhascertainimplementability,butfurtherresearchisneededtoexplorenaphthalenedilacerneswithsuperiorperformance.Iminederivativematerials.Keywords:Perovskitesolarcells;Naphthalenediimidederivatives;Electronictransportlayer前言1.1鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)到目前為止，因?yàn)榛茉吹母珊约捌湓谑褂眠^(guò)程中造成的的環(huán)境污染，綠色新能源的崛起勢(shì)不可擋，世界各國(guó)都在尋找綠色環(huán)保、可持續(xù)開發(fā)利用的環(huán)境友好型能源。目前研究和發(fā)展的綠色新能源主要有：風(fēng)能、潮汐能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生物能，而風(fēng)能和太陽(yáng)能是大家比較熟知的兩種能源，相較于風(fēng)能的不確定性，太陽(yáng)能具有來(lái)源廣泛、易收集、零污染等優(yōu)點(diǎn)，從而催生出太陽(yáng)能電池。綜上所述，太陽(yáng)能的開發(fā)利用是最有希望的解決方案之一，而通過(guò)什么樣的方式來(lái)提升太陽(yáng)能電池的效率以及如何降低光伏發(fā)電成本已成為光伏發(fā)電領(lǐng)域最核心的研究課題?，F(xiàn)在的太陽(yáng)能電池大致可以劃分為三大類——無(wú)機(jī)硅系太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池和有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。在這三者之中，無(wú)機(jī)硅基太陽(yáng)能電池研究發(fā)展的時(shí)間最長(zhǎng)，技術(shù)更加趨于成熟，具備較高的器件效率，已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)并且被廣泛使用。但是無(wú)機(jī)硅系太陽(yáng)能電池存在后續(xù)器件的加工復(fù)雜、加工處理時(shí)存在大量的污染以及生產(chǎn)成本昂貴等不可忽視的缺點(diǎn)。所以，對(duì)另外兩種太陽(yáng)能電池的深入研究已經(jīng)成為這幾年學(xué)者們研究的重點(diǎn)。有機(jī)/聚臺(tái)物太陽(yáng)能電池一般由共軛聚合物給體和有機(jī)半導(dǎo)體受體的共混膜夾在透明正極和金屬負(fù)極之間所形成，在國(guó)家自然科學(xué)基金婁重點(diǎn)頂目、中美雙邊國(guó)際合作頂目和化學(xué)所分子科學(xué)中心創(chuàng)新頂§的支持下，中科院化學(xué)研究所固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員從2009年開始開展新型富勒烯衍生物受體材料的研究。目前，PSCs作為第三代太陽(yáng)能光伏技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)過(guò)20多年的研究，具能量轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)10％。其中，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其吸收系數(shù)大、導(dǎo)電率高、成本低和加工工藝簡(jiǎn)單等一系列特點(diǎn)[1-2]，吸引了許多專家學(xué)者們的眼球。在短短數(shù)十年的光陰里，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)快速崛起。發(fā)展初期鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)的最高光電轉(zhuǎn)換效率僅為3.8％[3]，而發(fā)展至今，其最高認(rèn)證通過(guò)的光電轉(zhuǎn)換效率已高達(dá)22.7%，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工業(yè)化應(yīng)用提供了可能，顯示出巨大的市場(chǎng)前景。然而，鈣鈦礦電池的使用穩(wěn)定性還有很大的發(fā)展空間，繼續(xù)降低器件制備的成本、加工過(guò)程的進(jìn)一步簡(jiǎn)化也逐漸成為研究重點(diǎn)，同時(shí)希冀在盡量短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1.2鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理狹義上所指的鈣鈦礦是指礦物CaTiO3本身，而廣義上的則指具有ABX3晶型的化合物。在此種結(jié)構(gòu)中，A通常代表甲基銨(CH3NH3)離子[4]或者乙甲基銨(NH=CHNH3)離子[5]，M代表鉛(Pb)、錫(Sn)、銫(Cs)等離子，X代表鹵素離子，如碘離子(I-)、溴離子(Br-)、氯離子(Cl-)等[6]。它具有以下特點(diǎn)為：1、構(gòu)成MX6的立方對(duì)稱結(jié)構(gòu)，而A(甲基銨離子)處于八表面體的核心，構(gòu)成有序的三維周期結(jié)構(gòu)[7]。依據(jù)Pauling規(guī)則，這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更佳；2、此種空間結(jié)構(gòu)間的空隙足夠大，從而能夠填入體積較大的離子，因此在含有大量晶體缺陷時(shí)有利于擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移缺陷離子。圖1ABX3晶型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)主要由三個(gè)部分共同構(gòu)成：活性層、陽(yáng)極和陰極，三者之中活性層是通過(guò)鈣鈦礦材料來(lái)制備的，陰極和活性層之間存在有電子傳輸層(ETL)，陽(yáng)極和活性層之間存在有空穴傳輸層(HTL)?，F(xiàn)如今的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)主要有介孔結(jié)構(gòu)和平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)兩大類。圖2(a)介孔鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)(b)平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)(c)介孔和平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池中各功能層的能級(jí)圖介孔結(jié)構(gòu)是研究最早的結(jié)構(gòu)，其電池結(jié)構(gòu)從上至下分別是金屬電極、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、TiO2多孔層、TiO2致密層、透明電極(FTO)。收集電子和阻擋空穴是致密層的主要工作，而多孔層則起構(gòu)造框架的用途，以及傳輸電子的作用。由于介孔層的存在限制了鈣鈦礦膜的生長(zhǎng)，因此鈣鈦礦膜形貌的重復(fù)性較高。這種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的主要缺點(diǎn)是器件的相對(duì)低開路電壓，原因是空穴傳輸材料部分填充在TiO2多孔層與鈣鈦礦層形成的空洞里，導(dǎo)致具有電子傳輸功能的TiO2多孔層與空穴傳輸層直接接觸，從而導(dǎo)致漏電流的產(chǎn)生，最終電壓下降。平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池具有相似結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦層處于n型材料與p型材料之間。與介孔結(jié)構(gòu)相比，平面結(jié)構(gòu)器件更簡(jiǎn)單、靈活，為發(fā)展疊層結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了可能。其開路電壓高于介孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中器件的光電性能好壞很大程度上決定于鈣鈦礦膜質(zhì)量。此種結(jié)構(gòu)中不含有多孔層，器件重復(fù)性較差。平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)根據(jù)鈣鈦礦的基質(zhì)層不同可以分為p-i-n型和n-i-p型（其中n代表n型半導(dǎo)體材料，p代表p型半導(dǎo)體材料）。p-i-n型中的p型材料一般是PEDOT:PSS，而n型材料則是以富勒烯及其衍生物為主，而最早開始運(yùn)用于平面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的n-i-p型結(jié)構(gòu)的n型半導(dǎo)體材料主要是TiO2和ZnO等，p型半導(dǎo)體材料主要是spiro-OMeTAD、P3HT和PTAA等p型給體聚合材料。兩者相比，p-i-n型結(jié)構(gòu)具有可低溫制備和遲滯效應(yīng)小等優(yōu)勢(shì)。介孔-平面異質(zhì)結(jié)雜化結(jié)構(gòu)中，介孔層和鈣鈦礦覆蓋層的厚度往往小于以上兩種。由于這種結(jié)構(gòu)的電池的介孔層比較薄，鈣鈦礦層容易完全覆蓋介孔層，避免其余空穴傳輸層直接接觸，降低了漏電流的可能性，提高開路電壓，同時(shí)減少了遲滯效應(yīng)。圖3兩種平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(n-i-p和p-i-n)工作示意圖鈣鈦礦太陽(yáng)能電(PSC)的工作原理：當(dāng)有光通過(guò)玻璃進(jìn)入器件，能量大于禁帶寬度的光子被吸收，產(chǎn)生載流子，隨后載流子進(jìn)入鈣鈦礦層并被其吸收，從而產(chǎn)生空穴和電子。其中空穴從鈣鈦礦材料進(jìn)入到空穴傳輸材料(HTM)中，電子從鈣鈦礦材料進(jìn)入到電子傳輸材料（ETM，通常為TiO2薄膜）中。當(dāng)鈣鈦礦層具有較長(zhǎng)的擴(kuò)散長(zhǎng)度時(shí)，載流子能夠到達(dá)收集載流子的界面并被其所收集而不形成復(fù)合中心。粒徑較大的顆?？梢越档洼d流子在顆粒附近變?yōu)閺?fù)合中心的可能性，所以鈣鈦礦層物質(zhì)的顆粒粒徑的大小以及其堆積的緊密程度對(duì)載流子的轉(zhuǎn)移都會(huì)產(chǎn)生不小的影響。電子傳輸層(ETL)和空穴傳輸層(HTL)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中充當(dāng)非常重要的角色，兩個(gè)傳輸層可以降低鈣鈦礦層與正、負(fù)電極之間的能級(jí)障礙，從而減少載流子復(fù)合的幾率。圖4鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的構(gòu)造與運(yùn)行機(jī)理1.3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電子傳輸層材料1.3.1電子傳輸材料的電荷傳輸機(jī)理電子傳輸材料(ETM)是能容納帶負(fù)電的電子載流子并輸送電子載流子的物質(zhì)。一般為有高電子親和力以及高離子電勢(shì)的物質(zhì)。內(nèi)部存在的電場(chǎng)所推動(dòng)的定向漂移和晶格產(chǎn)生的熱振動(dòng)而造成的散射作用的兩個(gè)過(guò)程一起決定電荷在n型無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料內(nèi)的輸送，它的遷移率可以通過(guò)計(jì)算式μ=eτ/m?e（e為基本能量，τ為平均自由時(shí)間，m*e為電子有效質(zhì)量）來(lái)表達(dá)。具有小的電子有效質(zhì)量的直接帶隙半導(dǎo)體材料的能隙越小，其電子遷移率越高。缺陷和雜質(zhì)的存在對(duì)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的電性能產(chǎn)生極大程度上影響，例如如果引入氧空位到二氧化鈦中的會(huì)減小電子有效質(zhì)量，并且降低電子發(fā)生散射的概率[8]，遷移率增加。有機(jī)半導(dǎo)體有一點(diǎn)完全不同于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料——由于是依托薄弱的范德華力將分子結(jié)合在一起，所以不存在能帶的延續(xù)，其分子內(nèi)電力負(fù)載傳輸主要取決于π-π?共軛體系的碳交替單鍵和雙鍵的形成。其中，π分子軌道是最高占有軌道域(HOMO)，π反鍵分子軌道為最低未占有軌道域(LUMO)，這也就相當(dāng)于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料中價(jià)帶和導(dǎo)帶一樣的存在。共軛體系有更多的自由來(lái)定域化的π電子，但與此同時(shí)也被限制在分子內(nèi)，分子之間的電子轉(zhuǎn)移是以跳躍的這一方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的[9]，也就是在內(nèi)在電場(chǎng)的推動(dòng)下，電子經(jīng)過(guò)鈣鈦礦材料進(jìn)入到有機(jī)分子的最低占有軌道域，再通過(guò)躍遷到達(dá)另一個(gè)分子的最低占有軌道域，最終到達(dá)陰極。由于電子移動(dòng)過(guò)程發(fā)生的同時(shí)一般會(huì)出現(xiàn)核的運(yùn)動(dòng)，所以有機(jī)電子傳輸材料的電子遷移率普遍劣于無(wú)機(jī)電子傳輸材料的電子遷移率。1.3.2電子傳輸材料在鈣鈦礦太能電池中的作用電子傳輸材料(ETM)的基本作用是與鈣鈦礦吸收層形成電子選擇性接觸，這是為了滿足能量級(jí)匹配(圖4列出了幾種經(jīng)常使用ETM的最低占有軌道的能級(jí))。通過(guò)選擇不同的電子傳輸層(ETL)和空穴傳輸層(HTL)厚度，從而有效地阻擋陰極遷移的空穴，從而平衡各層之間的載流子傳輸，避免電荷積聚減少設(shè)備的使用壽命。此外，在PSC中，ETM常被制成介孔結(jié)構(gòu)，這一舉措不僅能夠促進(jìn)鈣鈦礦晶體的生長(zhǎng)，與此同時(shí)也可以減少光電子從鈣鈦礦到n型半導(dǎo)體的移動(dòng)距離，從而可以有效地減慢復(fù)合速率。考慮到鈣鈦礦的載流子傳輸性能優(yōu)越（CH3NH3PbI3的電子和空穴遷移率達(dá)到10cm2?V?1?s?1量級(jí)）[10]，它有一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度大于一百納米(在CH3NH3PbI3?xClx中更高達(dá)1μm)[11,12]。高光電轉(zhuǎn)換效率的無(wú)空穴傳輸層PSC已經(jīng)被報(bào)道[13-16]，但是仍不存在高光電轉(zhuǎn)化效率的無(wú)電子傳輸層的PSC的報(bào)告。一些學(xué)者直接在透明電極上直接制備CH3NH3PbI3，只能得到效率為1.8%和填充因子為0.33的器件。而在相同條件下，以二氧化鈦?zhàn)鳛镋TL的器件效率卻高達(dá)13.7%[17]?？梢钥闯?，就當(dāng)前技術(shù)而言，電子傳輸層是PSC中必不可少的一部分。圖5常見電子傳輸材料的LUMO能級(jí)示意圖在p-i-n型平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)中，富勒烯衍生物是最常使用的的電子傳輸材料(ETM)，如C60以及通過(guò)其所合成的帶支鏈的PC61BM、IC60BA等，而在富勒烯衍生物中最常使用材料的就是PC61BM。Park等[18]研究了電子傳輸層材料PC61BM在使用不同厚度來(lái)制備器件時(shí)所產(chǎn)生不同的結(jié)果，并且進(jìn)一步提升此種材料的器件制備條件。另外也有研究人員[19-20]選擇兩種富勒烯材料混合來(lái)充當(dāng)電子傳輸層以達(dá)到鈍化鈣鈦礦材料內(nèi)部存在缺陷的作用，最終獲得了更高電池效率。圖6上述富勒烯衍生物材料的結(jié)構(gòu)式而在n-i-p型平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)中，致密TiO2是最常使用的電子傳輸層[21-22]，但是它內(nèi)部缺陷較多，會(huì)產(chǎn)生比較明顯的遲滯效應(yīng)，并降低器件效率。1.4本篇論文的設(shè)計(jì)思路通過(guò)上述論述，我們了解了富勒烯衍生物作為電子傳輸層的一些弊端，萘二酰亞胺衍生物具有更大的發(fā)展前景和獨(dú)特的性能。本篇文章中，我們通過(guò)借鑒富勒烯衍生物中成熟的功能性支鏈，考慮將氨基類基團(tuán)連接到萘二酰亞胺上，探究其合成過(guò)程，并對(duì)相應(yīng)器件進(jìn)行表征，希望其對(duì)電池效率的提升有所幫助。實(shí)驗(yàn)部分2.1合成的藥品及試劑2.2合成路線與步驟圖7萘二酰亞胺衍生物(NDI-OEG)合成路線2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl4-methylbenzenesulfonate(1)的合成將原料三乙二醇單甲醚(11g,67mmol)溶解于35ml四氫呋喃(THF)中倒入500mL兩口燒瓶中，冰水浴攪拌下加入36mLNaOH溶液(5mol/L)，逐滴滴加對(duì)甲苯磺酰氯(15g,78mmol)的四氫呋喃(THF)，冰水浴保溫1h，移除冰水浴室溫反應(yīng)一夜，反應(yīng)瓶中自始至終為無(wú)色懸浮溶液。待一夜反應(yīng)過(guò)后，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去反應(yīng)體系中的溶劑四氫呋喃(THF)，將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移到分液漏斗中并加入150mL水，用二氯甲烷(50mL×5)萃取，加入無(wú)水硫酸鎂干燥，抽濾，所得溶液旋干得到粗產(chǎn)物。將粗產(chǎn)物進(jìn)行柱層析分離，展開劑為石油醚與乙酸乙酯混合物，最終得到無(wú)色透明液體(1)(16.636g,yield=78.1%)。1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.81(d,2H),7.35(d,2H),4.17(t,2H),3.74-3.67(m,2H),3.61(d,6H),3.58-3.51(m,2H),3.39(s,3H),2.51(s,3H).2-(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl)isoindoline-1,3-dione(2)的合成將(1)(1.91g,5mmol)與鄰苯二甲酰亞銨鹽(9.29g,50mmol)加入到100mL單口燒瓶中，加入45mL的N,N二甲基甲酰胺(DMF)。抽充氮?dú)馊楹?，升溫?30oC，反應(yīng)4h。待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，抽濾去除殘留的鄰苯二甲酰亞銨鹽，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去反應(yīng)中的溶劑N,N二甲基甲酰胺(DMF)。將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移到分液漏斗并加入150mL水，用二氯甲烷(50mL×3)萃取，用無(wú)水硫酸鎂干燥，抽濾，所得溶液旋干得到淡黃色透明液體(2)(1.312g,yield=90.2%)。2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethanamine(3)的合成將(2)(1.5g,5mmol)，水合肼(1.6g,50mmol)加入250mL的單口燒瓶中，加入130mL無(wú)水乙醇作為溶劑，抽充氮?dú)馊魏?，回流反?yīng)一夜。反應(yīng)結(jié)束后加入優(yōu)級(jí)純鹽酸中和水合肼至PH=1，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去乙醇。體系中加入飽和NaOH溶液中和鹽酸至堿性，將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移到分液漏斗并加入150mL水，用二氯甲烷(50mL×3)萃取，用無(wú)水硫酸鎂干燥，抽濾，所得溶液旋干得到黃色透明液體(3)(0.65g,yield=79.8%)。1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ3.53(m,6H),3.44(t,2H),3.40(t,2H),3.27(s,3H),2.72(t,2H).2,7-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl)benzo[lmn][3,8]phenanthroline-1,3,6,8(2H,7H)-tetraone(NDI-OEG)的合成將(3)(0.978g,6mmol)和1,4,5,8-萘四甲酸酐(0.536g,2mmol)加入50mL單口燒瓶中，加入12mLN,N二甲基甲酰胺(DMF)，抽充氮?dú)馊危?00oC反應(yīng)4h。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀去除反應(yīng)中的溶劑N,N二甲基甲酰胺(DMF)，將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移到分液漏斗并加入150mL水，用二氯甲烷萃取(50mL×3)，用無(wú)水硫酸鎂干燥，抽濾，所得溶液旋干得到粗產(chǎn)物。將粗產(chǎn)物進(jìn)行柱層析分離，展開劑為石油醚：乙酸乙酯=3:1，最終得到黃綠色固體NDI-OEG(1.006g,yield=90.2%)。1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ3.32(s,6H);3.46-3.85(m,20H);4.46(t,4H);8.75(s,4H).實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1核磁譜圖圖82-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl4-methylbenzenesulfonate的核磁共振譜圖圖92-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethanamine的核磁共振譜圖圖102,7-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl)benzo[lmn][3,8]phenanthroline-1,3,6,8(2H,7H)-tetraone的核磁共振譜圖從以上的核磁譜圖我們可以看出，該物質(zhì)已經(jīng)成功合成，并且具有較高的純度。3.2紫外-可見吸收根據(jù)紫外可見圖可知此物質(zhì)旋涂速度越快，膜厚越薄，其對(duì)可見光的吸收越小。3.3電化學(xué)測(cè)試通過(guò)公式LUMO=-[Ered-E(Fc/Fc+)+4.8]eV=-(-0.56-0.45+4.8)eV=-3.79eV求得的LUMO能級(jí)處于PCBM與Ag的LUMO能級(jí)之間，能夠形成能級(jí)梯度，較好的匹配這兩種材料。3.4X射線衍射(XRD)根據(jù)XRD譜圖可知，所合成的產(chǎn)物具有結(jié)晶區(qū)，很有可能有較高的電子遷移率，又成為電子傳輸材料的可能性。3.5器件表征結(jié)果圖11本文材料的器件結(jié)構(gòu)圖圖12本文材料的電池性能參數(shù)表1電池性能參數(shù)表器件構(gòu)型Jsc/(mA/cm2)Voc/VFF/%PCE/%ITO/PTAA/MAPbI3/PCBM/NDI-OEG/Ag20.821.0567.414.74ITO/PTAA/MAPbI3/PCBM/Ag20.681.0451.110.99ITO/PTAA/MAPbI3/NDI-OEG/Ag0根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知ITO/PTAA/MAPbI3/PCBM/NDI-OEG/Ag器件結(jié)構(gòu)的短路電流為20.82mA/cm2，開路電壓為1.05V，填充因子67.4%，器件效率到達(dá)14.74%，相較于PCBM單純使用作為電子傳輸層有一定的提升?？偨Y(jié)我們探索了電子傳輸材料萘二酰亞胺衍生物的合成路線，并根據(jù)核磁譜圖成功得到較純凈的產(chǎn)物，證明該衍生物已經(jīng)成功合成了。我們將該材料運(yùn)用到器件中去，發(fā)現(xiàn)該衍生物不可以單獨(dú)作為電子修飾層代替PCBM，但是當(dāng)把它旋圖在PCBM上面修飾Ag時(shí)，可以降低其功函，增加其器件效率，最終獲得了14%的PCE值。同時(shí)我們認(rèn)為萘二酰亞胺衍生物對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究與發(fā)展具備一定的現(xiàn)實(shí)意義，仍需繼續(xù)探究。參考文獻(xiàn)[1]Xing,G.C.;Mathews,N.;Sun,S.Y.;Lim,S.S.;Lam,Y.M.;Gr?tzel,M.;Mhaisalkar,S.;Sum,T.C.,Long-RangeBalancedElectron-andHole-TransportLengthsinOrganic-InorganicCH3NH3PbI3.[J]Science2013,342(6156),344-347.[2]Dong,Q.F.;Fang,Y.J.;Shao,Y.C.;Mulligan,P.;Qiu,J.;Cao,L.;Huang,J.S.,Electron-HoleDiffusionLengths>175μminSolution-GrownCH3NH3PbI3SingleCrystals.[J]Science2015,347(6225),967–970.[3]Kojima,A.;Teshima,K.;Shirai,Y.;Miyasaka,T.,OrganometalHalidePerovskitesasVisible-LightSensitizersforPhotovoltaicCells.[J]J.Am.Chem.Soc.2009,131(17),6050?6051.[4]Gao,P.;Gr?tzel,M.;Nazeeruddin,M.K.,OrganohalideLeadPerovskitesforPhotovoltaicApplications.[J]EnergyEnviron.Sci.2014,7(8),2448–2463.[5]Eperon,G.E.;Stranks,S.D.;Menelaou,C.;Johnston,M.B.;Herz,L.M.;Snaith,H.J.,FormamidiniumLeadTrihalide:ABroadlyTunablePerovskiteforEfficientPlanarHeterojunctionSolarCells.[J]EnergyEnviron.Sci.2014,7(3),982–988.[6]Snaith,H.J.,Perovskites:theEmergenceofANewEraforLow-Cost,High-E?ciencySolarCells.[J]J.Phys.Chem.Lett.2014,4(21),3623–3630.[7]LeeMM,TeuscherJ,MiyasakaT,MurakamiTN,SnaithHJScience2012338643[8]HouQY,WuY,ZhaoCWActaPhys.Sin.201362237101[9]GillJWD.Appl.Phys.1972435033[10]WehrenfennigC,EperonGE,JohnstonMB,SnaithHJ,HerzLMAdv.Mater.2014261584[11]StranksSD,EperonGE,GranciniG,MenelaouC,AlcocerMJP,Leijtens,HerzLM,PetrozzaA,SnaithHJScience2013342341T[12]XingG,MathewsN,SunS,LimSS,LamYM,Gr?tzelM,MhaisalkarS,SumTCScience2013342344[13]EtgarL,GaoP,XueZS,PengQ,ChandiranAK,LiuB,NazeeruddinMK,Gr?tzelMJ.Am.Chem.Soc.201213417396[14]AbuLabanW,EtgarLEnergyEnviron.Sci.201363249[15]AharonS,GamlielS,ElCohenB,EtgarLPCCP20141610512[16]AharonS,ElCohenB,EtgarLJ.Phys.Chem.C201411817160[17]YellaAHeiniger,