含8-羟基喹啉/苯并咪唑聚合金属配合物的合成及光伏性能研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(DSSCs)以其理论转化率较高,制备工艺简单,成本低等优势,成为了广大科研工作者的一个研究热点。聚合金属配合物由于其结构特点,以其作为染料应用于染料敏化太阳能电池有着广泛的发展前景。首先,聚合金属配合物可以扩大配体的π共轭结构,改善电子和空穴的传输能力;其次,在与金属配位后,通过配位键和d-π反馈π键,可调控内部的电子传输性能和能隙宽度,有助于提高光电转换效率。在此设计思想的指导下,本文以芴、噻吩、8-羟基喹啉、[2-(2′-吡啶基)苯并咪唑、1,10-邻菲咯啉以及金属Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)为原料,合成了系列新颖的聚合金属配合物,通过一系列测试手段表征了聚合金属配合物的结构,并且以这两种聚合金属配合物作为染料制备了染料敏化太阳能电池,测试了其光电转换效率。主要研究内容如下: 1.以3-甲基噻吩、8-羟基喹啉为原料,设计合成了含噻吩的新型配体2,5-二溴-3-[2-8-羟基喹啉-乙烯基]噻吩(D8QPT)。分别将配体(D8QPT)和1,10-邻菲咯啉与金属Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)反应,得到了含金属的聚合单体(D8QTP-Zn、D8QTP-Cd)。将D8QTP-Zn、D8QTP-Cd与2,7-二溴-9,9-二辛基芴聚合,合成了新颖的支链型聚合金属配合物PFT-Zn和PFT-Cd。通过核磁、元素分析、红外光谱表征了聚合物的结构;通过紫外吸收、荧光、TGA、GPC、DSC、循环伏安法等方法系统研究了这些聚合金属配合物的光电性能。结果显示,该材料有着良好的热稳定性和较低的电子能隙。以PFT-Zn和PFT-Cd为染料制备染料敏化电池,测得其光电转换效率分别为3.01%和3.37%。 2.以3-甲基噻吩、[2-(2′-吡啶基)]苯并咪唑为原料,设计合成了新型配体[2-(2′-吡啶基)苯并咪唑基]-3-甲基噻吩(Bmtp)。将配体Bmtp和Zn(Ⅱ)反应,合成了新颖的主链型聚合金属配合物Bmtp-Zn,通过核磁、元素分析、红外光谱表征了聚合物的结构;通过紫外吸收、荧光、TGA、GPC、DSC、循环伏安法等各种手段研究了材料的光电性能。以Bmtp-Zn为染料制备染料敏化电池,测得其光电转换效率为1.88%。 【关键词】：聚合金属配合物 有机染料 染料敏化太阳能电池 光电转换效率
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：O634
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 综述9-27
• 1.1 太阳能电池的研究现状9-15
• 1.1.1 太阳能电池及其工作原理9-11
• 1.1.2 太阳能电池的性能参数11-12
• 1.1.3 太阳能电池的进展与分类12-15
• 1.2 染料敏化太阳能电池的发展现状15-18
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构与工作原理15-16
• 1.2.2 影响染料敏化太阳能电池转换效率的因素16-17
• 1.2.3 敏化染料在染料敏化太阳能电池中的应用17-18
• 1.3 有机聚合物太阳能电池材料简介18-21
• 1.3.1 电子给体材料18-20
• 1.3.2 电子受体材料20-21
• 1.4 聚合金属配合物的研究进展与应用21-25
• 1.4.1 Schiff 碱聚合金属配合物23
• 1.4.2 各种大环聚合金属配合物23-25
• 1.5 本文研究的内容和意义25-27
• 第2章 含8-羟基喹啉聚合金属配合物的合成与光伏性能测试27-50
• 2.1 实验药品27
• 2.2 实验仪器与测试条件27-28
• 2.3 研究简介28
• 2.4 实验部分28-32
• 2.4.1 合成路线图28-29
• 2.4.2 聚合金属配合物的合成29-32
• 2.5 结果与讨论32-49
• 2.5.1 中间产物的合成与表征32-38
• 2.5.2 聚合金属配合物的合成与表征38-45
• 2.5.3 聚合金属配合物产物的光伏性能测试45-49
• 2.6 本章小结49-50
• 第3章 含2-(2′-吡啶基)苯并咪唑聚合金属配合物的合成与光伏性能测试50-61
• 3.1 实验药品50
• 3.2 实验仪器与测试条件50-51
• 3.3 研究简介51
• 3.4 实验部分51-53
• 3.4.1 合成路线图51-52
• 3.4.2 聚合金属配合物的合成52-53
• 3.5 结果与讨论53-60
• 3.5.1 中间产物的合成与表征53-55
• 3.5.2 聚合金属配合物的合成与表征55-56
• 3.5.3 聚合金属配合物的光伏性能测试56-60
• 3.6 小结60-61
• 第4章 结论与展望61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 个人简历、攻读硕士期间发表的学术论文68

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