新型酞菁类光伏材料的合成及性能研究

【摘要】：太阳能虽作为地球上最大的可再生能源之一，但其仅有极少量被利用。其主要原因是目前为止还缺乏有效的途径来捕获利用其巨大的能量。在众多利用太阳能的途径中，本体异质结型和染料敏化太阳能电池因它们的制作成本低、制造简单且效率高等优点而成为主要的研究方向。酞菁是类似于卟啉的具有18π电子的大环分子，其在相应太阳光谱的红外/近红外区有着非常强的吸收，因此而很适合应用于光伏领域。研究酞菁衍生物主要在于拓宽其窄的Soret-吸收带，同时改善其溶解性差、降低易层层堆积性的弱点，期望获得可应用于太阳能电池并能获得高效率的材料。在本论文中，我们以酞菁为主要研究方向，并设计合成了以酞菁封端的两种聚合物和噻吩或苯修饰的两种酞菁有机染料，最后均应用于太阳能电池。对于所合成的中间体及目标产物，我们均采用多种测试方法共同对其进行结构分析；目标聚合物及酞菁染料的光物理性能和电化学性能也进行了深入研究。我们将所合成的两种酞菁封端的聚合物及酞菁染料制备成相应的太阳能电池并测试了它们的光伏性能，结果如下： 1.合成了两种侧链为苯并噻二唑连二噻吩的酞菁封端的聚合物PHY1和PHY2，同时测试了聚合物的多种物理化学性能（包括热稳定性、光电物理化学性能及光电转换性能）。结果表明，酞菁的引入有利于拓宽和增强聚合物的Soret带吸收和Q带吸收。用这两种酞菁封端的聚合物（PHY1和PHY2）制作成本体异质结太阳能电池。我们以不同比例将聚合物/PC61BM共混后采用旋涂法制膜，蒸镀电极后在标准模拟太阳光下测试基于这两种酞菁封端的器件的光电转换效率，基于聚合物PHY1和PHY2的最高效率分别为1.56%和1.26%。 2.设计并通过“苯酐”法合成了两种由叔丁基苯和叔丁基噻吩修饰的新型不对称酞菁染料PC-HY1和PC-HY2。实验发现，叔丁基的引入可以提高酞菁的溶解性能。同聚合物一样，我们也测试了其光电物理性质。结果说明，噻吩的引入可以明显拓宽和加强酞菁的吸收光谱。在模拟太阳光照射下，基于PC-HY2/PCBM的小分子异质结太阳能电池的短路电流为8.12mA·cm-2，开路电压为0.64V，填充因子为0.30，光电效率为1.56%，基于PC-HY2的染料敏化太阳能电池效率为1.09%。 【关键词】：聚合物 染料敏化 太阳能电池 酞菁 苯并噻二唑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ613.5;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-24
• 1.1 引言9-10
• 1.2 聚合物太阳能电池 (PSCs) 的概述及研究现状10-16
• 1.2.1 聚合物太阳能电池基本工作原理10-11
• 1.2.2 聚合物太阳能电池的器件组成11-12
• 1.2.3 太阳能电池器件性能的表征及影响因素12-13
• 1.2.4 光敏材料13-16
• 1.3 染料敏化太阳能电池 (DSSCs) 简介及研究现状16-22
• 1.3.1 DSSCs 器件结构及工作原理16-17
• 1.3.2 DSSCs 器件能量转换效率影响因素17-18
• 1.3.3 染料敏化剂的研究进展18-22
• 1.4 论文的设计思想与研究内容22-24
• 第二章 酞菁封端的侧链含苯并噻二唑的聚合物的合成及其性能研究24-35
• 2.1 前言24-25
• 2.2 实验25-28
• 2.2.1 试剂及测试方法25
• 2.2.2 聚合物的合成25-28
• 2.3 结果与讨论28-34
• 2.3.1 聚合物的合成及结构表征28-29
• 2.3.2 共聚物的热稳定性能29
• 2.3.3 共聚物的紫外-可见吸收光谱29-31
• 2.3.4 共聚物的电化学性能31-32
• 2.3.5 共聚物的光伏性能32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 可溶酞菁染料的合成与性能表征35-54
• 3.1 前言35
• 3.2 实验35-46
• 3.2.1 试剂及测试方法35-37
• 3.2.2 酞菁染料的合成37-46
• 3.3 结果与讨论46-53
• 3.3.1 合成路线的选择及目标染料的合成与标征46-47
• 3.3.2 染料的光物理性质47-48
• 3.3.3 染料的发射光谱48-49
• 3.3.4 染料的电化学性能49-50
• 3.3.5 染料的光伏性能研究50-53
• 3.4 本章小结53-54
• 总结与展望54-55
• 参考文献55-62
• 附录A 试剂、药品及其纯化方法62-63
• 续表A63-64
• 附录B 仪器设备及测试条件64-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士学位期间发表论文情况66

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