D-π-A型聚合金属配合物光敏染料的合成及光伏性能

【摘要】：太阳能作为一种清洁无污染且取之不尽、用之不竭的可再生能源日益受到人们的广泛关注,染料敏化太阳能电池具有高效率、低成本、易组装等技术优势,因而成为近年来太阳能光电转换领域的研究热点。 目前普遍使用的光敏染料为金属钌吡啶配合物,然而贵金属钌的引入使得成本增高,并且严重污染环境。聚合金属配合物染料不仅具有有机高分子材料所具有的特性,同时因为结构中无机金属的存在,从而可以通过配位键和d-π反馈π键调控能隙宽度。因此,聚合金属配合物染料与配合物染料相比,具有的良好的光、热稳定性和吸收光谱范围宽的优点,在光学、电学等方面都表现出独特的性能。本课题设计合成了含有D-π-A结构的聚合金属配合物染料,由于D-π-A体系能够加强电子推拉能力,不仅可以有效地拓宽染料分子的光谱响应范围,而且还可以实现染料激发态时的电荷有效分离。我们通过一系列测试手段(例如红外光谱、核磁共振和元素分析)对材料的结构进行了表征,并分别探讨了中心金属离子是Co(Ⅱ), Ni(Ⅱ), Cd(Ⅱ)时对材料性质的影响；同时通过热重分析和玻璃化转变温度测试了其热稳定性；利用紫外光谱、荧光光谱、循环伏安法研究了光物理性质和电化学性质,并测试了它们的光伏性能。 主要研究结果如下： 1、通过在含有噻吩和苯乙撑或芴乙烯的主链中引入8-羟基喹啉的Cd(Ⅱ)配合物,设计合成了给体-连接桥-受体(D-π-A)结构的主链型聚合金属配合物染料B8QMEHP-Cd(Ⅱ), B8QF-Cd(Ⅱ)和B8QP-Cd(Ⅱ),并将其应用于染料敏化太阳能电池。研究发现长烷基链的引入改善了聚合金属配合物的溶解性,B8QMEHP-Cd(Ⅱ)支链中甲氧基的加入能够提高电池短路光电流,其光电转换效率为1.77%高于B8QF-Cd(Ⅱ)(1.48%)和B8QP-Cd(Ⅱ)(1.57%)。 2、设计合成以噻吩和苯乙烯撑或芴乙烯作为给体(D),金属配合物作为受体(A),碳碳双键为π连接桥的支链型共轭聚合金属配合物PCo-F、PCo-B、PNi-F和PNi-B,并将其应用于染料敏化太阳能电池,其能量转换效率分别为0.96%,1.01%,1.00%和1.21%。研究发现所合成的支链型含有Co(Ⅱ)金属配合物和Ni(Ⅱ)金属配合物的聚合物比我们之前在实验室中通过Yamamoto偶合得到的支链型含有Eu(Ⅲ)金属配合物的聚合物具有更好的溶解度,并有相近的能量转化效率,这为用过渡金属代替贵金属的研究提供了一个可能性。 【关键词】：聚合金属配合物 芴乙烯 苯乙烯 染料敏化电池 D-π-A有机光敏染料
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-26
• 1.1 引言8-9
• 1.2 太阳能电池的定义和发展9-10
• 1.3 有机太阳能电池10-16
• 1.3.1 有机太阳能电池的定义10-11
• 1.3.2 异质结聚合物太阳能电池11-12
• 1.3.3 电子给体材料12-15
• 1.3.4 电子受体材料15-16
• 1.4 染料敏化纳米晶太阳能电池16-21
• 1.4.1 染料敏化纳米晶太阳能电池发展进展16
• 1.4.2 染料敏化纳米晶太阳能电池的基本结构16-17
• 1.4.3 染料敏化纳米晶太阳能电池的工作原理17-18
• 1.4.4 染料敏化纳米晶太阳能电池的性能参数18-21
• 1.5 光敏染料21-23
• 1.5.1 有机光敏染料21
• 1.5.2 金属配合物光敏染料21-23
• 1.6 聚合金属配合物的研究进展与应用23-24
• 1.6.1 主链型聚合金属配合物23-24
• 1.6.2 支链型聚合金属配合物24
• 1.7 论文的设计思想与研究内容24-26
• 第2章 实验方法及测试原理26-31
• 2.1 主要实验试剂及实验仪器26-28
• 2.1.1 主要试剂26-27
• 2.1.2 主要仪器及测试条件27-28
• 2.2 材料的结构分析与表征28-29
• 2.2.1 核磁共振测试(~1H-NMR)28
• 2.2.2 红外光谱测试(IR)28-29
• 2.2.3 紫外-可见光谱测试(UV-vis)29
• 2.2.4 循环伏安测试(CV)29
• 2.3 聚合金属配合物/TiO_2染料敏化太阳能电池体系的制作29-31
• 第3章 主链型D-π-A结构含苯乙烯和芴乙烯的聚合金属配合物光敏染料的合成与应用31-53
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验部分32-45
• 3.2.1 主链型聚合金属配合物的的合成32-45
• 3.3 结果与讨论45-52
• 3.3.1 配体和主链型聚合金属配合物的表征45-47
• 3.3.2 主链型聚合金属配合物的热性能47-48
• 3.3.3 主链型聚合金属配合物的紫外-可见吸收及荧光性能48-50
• 3.3.4 主链型聚合金属配合物的电化学测试及分析50-51
• 3.3.5 主链型聚合金属配合物的光伏性能51-52
• 3.4 本章小节52-53
• 第4章 支链型含8-羟基喹啉的D-π-A型聚合金属配合物光敏染料的合成与应用53-66
• 4.1 引言53-54
• 4.2 实验部分54-58
• 4.2.1 配合物和支链型聚合金属配合物的合成54-58
• 4.3 结果与讨论58-65
• 4.3.1 配体和支链型聚合金属配合物的表征58-60
• 4.3.2 支链型聚合金属配合物的热性能60-61
• 4.3.3 支链型聚合金属配合物的紫外-可见吸收和荧光性能61-63
• 4.3.4 支链型聚合金属配合物的电化学性能63-64
• 4.3.5 支链型聚合金属配合物的光伏性能64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 参考文献68-75
• 致谢75-76
• 个人简历76-77
• 攻读硕士学位期间发表论文情况77

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