近年来,有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其高效率,低成本和易加工性而在光伏研究中显示出巨大的前景。其光电转换效率(PCE)从最初的3.8%迅速增加到24.2%。空穴传输材料在PSCs中起着传输空穴、保护钙钛矿层、阻挡电子回流、促进钙钛矿结晶等重要作用。常见的空穴传输材料,例如2,2,7,7-四-(N,N-二-4-甲氧基苯基氨基)-9,9-螺二芴(spiro-OMeTAD)具有高合成成本,低热稳定性和化学稳定性或低导电性等缺点。此外,这些材料中还需要添加有机掺杂剂,例如双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(Li-TFSI)和4-叔丁基吡啶(t-BP)。这些添加剂由于其吸湿性而加速器件性能的降低。因此,探索低成本,无掺杂剂的空穴传输材料对于未来钙钛矿太阳电池在商业化的应用至关重要。酞菁具有18-π电子芳香杂环系统,由四个异构基团连接形成,通常作为太阳能电池中的p型半导体和近红外区域的有机薄膜晶体管研究。因为其具有更高空穴流动性,柔韧性,出色的化学/热稳定性和更便宜,所以作为空穴传输材料在钙钛矿太阳电池中得到了极大的关注,但是其难溶解、难提纯及强聚集等缺点制约了酞菁材料的发展,所以本论文设计合成了三种以酞菁为核的不同取代基的酞菁衍生物,系统的研究了材料的热稳定性、光物理、电化学等性质,并将其应用到钙钛矿太阳电池中。首先,设计并合成了四甲氧基三苯胺取代的锌酞菁(OTPA-ZnPc),并用作无掺杂剂的空穴传输材料。在ZnPc上引入4,4’-二甲氧基三苯胺侧链,在各种溶剂中具有很好的溶解性,例如二氯甲烷,氯苯和N,N-二甲基甲酰胺。而空穴传输分子中的甲氧基官能团通过形成具有未配位离子的路易斯加合物作为路易斯碱用于缺陷愈合,从而钝化钙钛矿中的缺陷并改善界面以获得更好的性能。在AM 1.5 G标准条件下,优化器件的PCE达到16.23%。更重要的是,由于OTPA-ZnPc的疏水性,太阳能电池在湿度约为45%而没有封装的空气中储存720 h后任保持其初始效率的约80%,这明显比spiro-OMeTAD设备更好。结果表明,可溶液加工且无掺杂剂的OTPA-ZnPc是一种在钙钛矿太阳电池中令人鼓舞的空穴传输材料。为了进一步研究其它富电子基团对分子结构及钙钛矿太阳电池性能的影响,在前期工作的基础上引入了噻吩基团从而获得了一种新型的廉价空穴传输材料OTPAT-ZnPc。噻吩作为一种富电子基团可以提高HOMO能级,在引入噻吩基团后,使OTPAT-ZnPc的HOMO能级相比于OTPA-ZnPc增加了0.1 eV。而OTPAT-ZnPc分子包含更长的侧臂,具有二维扩展系统。苯基-噻吩单元有利于通过Pb-S相互作用在HTM/钙钛矿界面处的缺陷钝化,促进空穴传输材料分子的电荷离域程度和迁移率。将所合成的材料应用在钙钛矿太阳电池中,在无掺杂剂的条件下获得了令人印象深刻的PCE为16.58%。虽然小分子酞菁酞菁衍生物有着易于合成,高空穴迁移率等优点。但是在溶液中,酞菁非常容易形成二聚体和高聚体。而高分子聚合物有着易于生产,分子链柔软可控等优点。因此在此基础上我们设计合成了一种酞菁功能聚合物将酞菁和聚合物的优点结合起来。首先通过“活性”/可控自由基聚合方法合成了含侧链苯二甲腈的聚合物PMADCE。该聚合物的数均分子量M_n为12212 g/moL,分子量分布指数PDI为1.38。之后通过后聚合改性方法获得了锌酞菁官能化聚合物PMADCE-ZnPc。该酞菁聚合物兼具聚合物和酞菁分子的优点,具有良好的成膜性能,合适的HOMO能级以及良好的热稳定。将PMADCE-ZnPc作为空穴传输材料应用在钙钛矿电池中,在无掺杂剂的条件下获得了较高的PCE为13.61%。特别值得注意的是,器件在没有封装的30%相对湿度的空气条件下存放30天后仍然具有原始效率95%的高效稳定性。