钙钛矿太阳能电池(PSC)中,空穴的产生与收集效率是决定电池能量转化效率的一个重要因素。作为PSC的核心组成部分,空穴传输材料(HTM)能够有效提升器件内部电子空穴分离传输效率,提高电池光电转换效率。目前,广泛应用的HTM 2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD),合成方法复杂,合成成本过高,限制了其在未来商业化中的大规模应用。因此,设计低成本、高效率HTM是PSC的重要研究方向。本论文以设计开发高效、低成本HTM为目标,利用分子工程手段,通过对HTM核心基团和外围取代基团的有效调控,设计开发了一系列杂蒽类和铜酞菁HTM,系统研究了核心结构基团及外围取代基对材料光电化学性质的影响规律;应用于PSC,深入探讨了分子构型对材料光电转换性能之间的构效关系。具体研究内容阐述如下:1.选用吩噁嗪(POZ)为核心,通过对N取代基及外围供电子体的调控,设计合成了HTM POZ9和POZ10,并成功地应用于PSC,分别获得了17.1%和19.4%的光电转换效率(PCE)。研究发现,N取代基的调控,能够保证在不影响材料能级的情况下,有效改善分子立体构型及材料成膜性,最终有效提升材料光电性能。2.选用5,5-二氧化吩噻嗪(PDO)为核心,设计合成了两种HTM PDO1和PDO2。砜基基团的引入,提升材料稳定性的同时,有效地调整了HTM的电子密度分布、能级及电荷传输性能。经优化,基于PDO2的PSC获得了20.2%的PCE。这项工作展现出以PDO为核心结构的HTM,在制造低成本、高效率PSC方面具有巨大潜力。3.为解决传统HTM使用过程中锂盐(LiTFSI)及4-叔丁基吡啶(TBP)对器件稳定性的不利影响,设计开发了一种非掺杂有机金属化合物HTM CuPc-(OMe)₈,该材料表现出与掺杂的Spiro-OMeTAD相当的空穴迁移率和导电性,应用于PSC,获得了与掺杂Spiro-OMeTAD相媲美的PCE 18.3%,且稳定性得到明显增强。