Considering the effects of molecular symmetries, a series of novel organic small molecule hole-transporting materials are simulated by using density functional theory (DFT) and Marcus theory of electron transfer. As a fundamental understanding, the energy level alignments and the charge transport properties are explored for their potential applications. Our results show that, compared with the dissymmetric cases, the symmetric molecules exhibit obvious advantages with more deep energy levels, more delocalized frontier molecular orbitals, and more blue-shifted absorption spectra. By adding oxygen-bridge and sulfur-bridge in the core unit of spiro-OMeTAD, the highest occupied molecular orbital (HOMO) levels of new designed molecules are obviously down-shifted from −5.08 eV to −5.20 eV, whereas the linked nitrogen-bridge makes the HOMOs up-shifted due to its strong electron-donating capacity. Meanwhile, our results also indicate that the delocalized frontier molecular orbitals in symmetric cases can effectively enhance the electronic coupling between adjacent molecules, and coupled with the lower reorganization energies, the high hole mobilities are obtained. In addition, inserting linked atoms in core unit or changing molecular symmetry only have slightly influences on the aspects of electron-hole dissociation, solubility and stability. Through systemic investigations, several promising candidates are proposed toward more efficient PSCs, and we hope that our work could provide some clues for the experimentalists to design and synthesize new small molecule materials.

考虑到分子对称性的影响，利用密度泛函理论和电子转移的马库斯理论对一系列新型的有机小分子空穴传输材料进行了模拟。作为基本理解，将探讨能级排列和电荷传输性质的潜在应用。我们的结果表明，与不对称情况相比，对称分子具有更深的能级，更局限的前沿分子轨道和更多的蓝移吸收光谱，因此具有明显的优势。通过在螺-OMeTAD的核心单元中添加氧桥和硫桥，新设计分子的最高占据分子轨道（HOMO）水平显然从-5.08 eV下移至-5.20 eV，而连接的氮桥由于其强大的供电子能力而使HOMOs上移。同时，我们的结果还表明，在对称情况下离域的前沿分子轨道可以有效地增强相邻分子之间的电子耦合，并通过较低的重组能获得较高的空穴迁移率。另外，在核心单元中插入连接的原子或改变分子的对称性仅对电子-空穴解离，溶解性和稳定性方面有轻微的影响。通过系统的研究，提出了一些有前途的候选方案，以寻求更有效的PSC，我们希望我们的工作可以为实验人员设计和合成新的小分子材料提供一些线索。我们的结果还表明，在对称情况下离域的前沿分子轨道可以有效地增强相邻分子之间的电子耦合，并与较低的重组能耦合，获得了较高的空穴迁移率。另外，在核心单元中插入连接的原子或改变分子的对称性仅对电子-空穴解离，溶解性和稳定性方面有轻微的影响。通过系统的研究，提出了一些有前途的候选方案，以寻求更有效的PSC，我们希望我们的工作可以为实验人员设计和合成新的小分子材料提供一些线索。我们的结果还表明，在对称情况下离域的前沿分子轨道可以有效地增强相邻分子之间的电子耦合，并与较低的重组能耦合，获得了较高的空穴迁移率。另外，在核心单元中插入连接的原子或改变分子的对称性仅对电子-空穴解离，溶解性和稳定性方面有轻微的影响。通过系统的研究，提出了一些有前途的候选方案，以寻求更有效的PSC，我们希望我们的工作可以为实验人员设计和合成新的小分子材料提供一些线索。加上较低的重组能，可获得较高的空穴迁移率。另外，在核心单元中插入连接的原子或改变分子的对称性仅对电子-空穴解离，溶解性和稳定性方面有轻微的影响。通过系统的研究，提出了一些有前途的候选方案，以寻求更有效的PSC，我们希望我们的工作可以为实验人员设计和合成新的小分子材料提供一些线索。加上较低的重组能，可获得较高的空穴迁移率。另外，在核心单元中插入连接的原子或改变分子的对称性仅对电子-空穴解离，溶解性和稳定性方面有轻微的影响。通过系统的研究，提出了一些有前途的候选方案，以寻求更有效的PSC，我们希望我们的工作可以为实验人员设计和合成新的小分子材料提供一些线索。