基于DFT驱动的端基受体修饰空穴传输材料设计：解锁高性能钙钛矿光伏器件的新一代光电特性

本研究针对钙钛矿太阳能电池（PSCs）中空穴传输材料（HTMs）成本高、稳定性差等问题，通过密度泛函理论（DFT）设计并优化了七种新型蒽/三苯胺基HTL分子（A2D1-A2D7）。研究证实这些分子具有低激子结合能（-0.483至-0.082 eV）、窄带隙（1.02-1.76 eV）及高电荷迁移率，显著提升PSCs的光电流生成效率，为下一代光伏技术提供了低成本、高性能材料解决方案。

　　

钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其制备简便和快速提升的功率转换效率（PCE）成为能源领域的研究热点，但目前主流空穴传输材料（HTMs）如Spiro-OMeTAD存在合成复杂、成本高昂等瓶颈。为解决这一问题，研究人员通过密度泛函理论（DFT）对蒽/三苯胺（TPA）基HTL分子进行端基受体修饰，设计出七种新型分子A2D1-A2D7，其窄带隙和高效电荷传输特性为PSCs性能突破提供了新思路。

研究采用Gaussian 09软件包，结合B3LYP、M062X等五种泛函及6-31G(d,p)基组进行分子优化，通过TD-DFT计算光物理性质。团队以DCM溶剂模拟环境，分析分子几何构型、前线分子轨道（FMOs）和重组能等关键参数，并评估溶解性与稳定性。

结构分析显示，通过噻吩桥接的端基受体修饰显著增强了分子共轭体系。A2D1因羰基修饰表现出最优平面性，其π-π堆叠距离缩短至3.47 ?，利于电荷传输。光电特性方面，所有新分子带隙（1.02-1.76 eV）均低于参考分子A2R（1.89 eV），其中A2D1的1.02 eV带隙可实现更宽光谱吸收。激子结合能（-0.483至-0.082 eV）的降低表明电荷分离效率提升，而空穴重组能（0.0072442-0.0092753 eV）的优化进一步证实了传输性能增强。

结论指出，A2D1-A2D7通过分子工程实现了PSCs关键性能指标的协同优化：窄带隙拓宽光捕获范围，低重组能提升电荷迁移率，且合成成本较传统材料降低30%。该研究为开发高效稳定HTMs提供了理论框架，其中A2D1的PCE预测值达23.5%，较A2R（17.56%）显著提升。讨论部分强调，这种DFT驱动的端基修饰策略可推广至其他有机光电材料设计，对推动光伏技术商业化具有重要指导意义。