高性能空穴传输材料的计算机辅助设计(2)
1.2 研究意义 钙钛矿太阳能电池的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、填充因子(Fill factor, FF)以及光电转换效率（PCE）与空穴传输材料的最高占有轨道(Highest occupied molecular orbital, HOMO)和最低未占有轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)能级直接相关。空穴传输速率和空穴重组能有一个相对简单的关系。因此在进行高性能空穴传输材料的实验合成之前先进行理论设计与分子模拟，可以有效地对分子进行筛选，避免不必要的资源浪费。分子模拟还可以对分子的设计与合成进行理论的指导。 目前，近年来,分子模拟技术迅猛发展，并广泛得应用到了多个科学领域[6]- [10]。在药物设计领域，可用于研究病毒和药物的作用机理如抗癌新药等；在生物科学领域，可用于蛋白质的多级结构，性质和反应的表征；在材料学领域，可用于研究结构与力学性能、材料的优化设计等；在化学领域，可用于研究分子表面催化及反应机理等；在石油化工领域，可用于分子筛催化剂结构表征、合成设计、吸附扩散，可构建和表征高分子链以及晶态或非晶态本体聚合物的结构，预测包括共混行为、机械性质、扩散、内聚与润湿以及表面粘接等在内的重要性质。
1.3 研究内容 分子2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene （以下简称Spiro）[11]- [15]由于其特殊的结构，
包括中间扭曲蓬松的螺二芴母体结构，四个三苯胺基团与钙钛矿有着特殊的作用力，使得 Spiro 具有较大的开路电压，良好的溶解性以及良好的疏水性这样几种性质，因此成为目前主流的太阳能电池空穴传输材料。 但是由于螺二芴母体结构难以合成，因此 Spiro 分子有较昂贵的合成代价，不利于商业推广，所以设计合成新型、廉价的空穴传输材料是目前的一大研究热点。 研究发现，三蝶烯母体[16]（以下简称T）同样具有扭曲蓬松的结构，且合成较为简单，因此选择三蝶烯作为太阳能电池空穴传输材料的母体结构。 同时我们找到了分子4-甲氧苯基苯胺（简称T-103） （图1.2）为取代基与母体T相连的分子作为我们设计分子的对比与参照。 本文利用量子力学的计算方法，对基于以三蝶烯为母体的空穴传输材料的一系列分子进行了分子模型的构建并利用高斯软件进行结构优化和分子性质计算，通过文献给出的数据进行筛选，最后确定了最优分子 2,6,14-三(50-(N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基酚-4-基)-3,4-乙烯二氧噻吩-2-基)-三蝶烯（以下简称 TET） （图 1.3），并由实验课题组进行合成，最后利用紫外可见光谱计算进行验证。
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