含三苯胺、噁二唑聚噻吩衍生物和双给体有机染料的合成及光伏性能研究

【摘要】： 本论文系统介绍了聚合物太阳能电池和染料敏化太阳能电池光敏材料及器件的研究进展。为了拓宽和增强光敏材料的吸收光谱、提高其电荷迁移率、增强光敏染料的给电子能力以及抑制染料分子在TiO_2表面聚集,我们设计并合成了一系列含三苯胺、噁二唑侧基的共轭聚合物光伏材料和高摩尔吸收系数的双给体有机小分子染料。利用核磁共振谱、红外光谱、飞行质谱等方法对所合成的化合物进行了结构表征确认,并利用紫外可见光谱、荧光光谱、瞬态吸收光谱、循环伏安等测试系统地研究了所合成的聚合物和有机染料的光物理性质和电化学性质。同时,我们测试了基于所合成的聚合物和有机染料所组装的太阳能电池的光伏性能,其主要结果如下: 1.设计并通过Witting-Horner聚合反应合成了三种新型的含N,N-二对甲苯基苯胺、噁二唑侧基的三噻吩衍生物与2, 5-二辛氧基-1, 4-苯乙烯的共聚物P1、P2和P3,并系统地研究了N,N-二对甲苯基苯胺和噁二唑侧基对共聚物的热稳定性、光物理、电化学和光伏性质的影响。研究结果表明:N,N-二对甲苯基苯胺和噁二唑侧基的引入能够拓宽聚合物的吸收光谱并且能够有效地提高聚合物的电荷迁移率。在模拟太阳光照射下(AM 1.5,100 mW/cm~2),基于三种共轭聚合物/PC_(61)BM (1:4 w/w)制作的本体异质结太阳能电池的光电转换效率分别为0.72%、1.75%和1.28%。 2.设计并通过Witting-Horner、Stille偶联、Knoevenagel缩合等一系列经典的有机反应,合成了两个含有双N,N-二对甲苯基苯胺电子给体和氰基乙酸电子受体的枝条状有机染料D1和D2,同时合成了一结构简单的有机染料D3。并系统地研究了电子给体和烷基取代对染料的光物理、电化学、光伏等性能的影响。研究结果表明:双N,N-二对甲苯基苯胺取代不但能够提高染料分子的摩尔吸收系数而且能够有效地抑制电子在染料阳离子和TiO_2导带之间发生电荷重组,从而有效地提高了染料的光伏性能。在模拟太阳光照射下(AM 1.5,100 mW/cm~2),基于染料D2制作的染料敏化太阳能电池(DSSCs)表现出最优的光伏性能,其光电转换效率高达到6.41% (J_(sc) = 11.62 mA/cm~2, V_(oc) = 0.73 V, FF = 0.756),这表明染料D2在染料敏化太阳能电池中有着较好的潜在的应用前景。 【关键词】：聚合物太阳能电池 染料敏化太阳能电池 三噻吩衍生物 光伏性能
【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】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文献综述9-26
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 聚合物太阳能电池(PSCs) 的研究进展10-18
• 1.2.1 有机/聚合物太阳能电池工作原理10
• 1.2.2 有机/聚合物太阳能电池的器件结构10-12
• 1.2.3 影响聚合物太阳能电池效率的因素12-13
• 1.2.4 有机聚合物太阳能电池的材料13-18
• 1.3 染料敏化太阳能电池(DSSCs) 的研究进展18-25
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理18
• 1.3.2 影响染料敏化太阳能电池能量转换效率的因素18-19
• 1.3.3 染料光敏化剂的研究进展19-25
• 1.4 论文的设计思想与研究内容25-26
• 第2章 含三苯胺、噁二唑侧基修饰三噻吩衍生物与2，5-二辛氧基-1，4-苯乙烯共聚物的合成和光伏性能研究26-39
• 2.1 引言26-27
• 2.2 实验部分27-32
• 2.2.1 试剂、药品及测量条件和方法27
• 2.2.2 单体和聚合物的合成27-32
• 2.3 结果与讨论32-38
• 2.3.1 单体和聚合物的合成及结构表征32
• 2.3.2 聚合物的热性能32-33
• 2.3.3 共聚物的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱33-35
• 2.3.4 共聚物的电化学性能35-36
• 2.3.5 共聚物的光伏性能36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 具有高摩尔吸收系数的双N,N-二对甲苯基苯胺给体有机染料的合成和光伏性能研究39-55
• 3.1 引言39-40
• 3.2 实验部分40-45
• 3.2.1 试剂、药品及测量条件和方法40
• 3.2.2 中间体和目标染料的合成40-45
• 3.3 结果与讨论45-53
• 3.3.1 合成路线的选择及和目标染料的合成与表征45-46
• 3.3.2 染料的光物理性质46-48
• 3.3.3 染料的电化学性能48-50
• 3.3.4 染料的光伏性能研究50-52
• 3.3.5 染料的瞬态吸收光谱及衰减动力学研究52-53
• 3.4 本章小结53-55
• 总结与展望55-56
• 参考文献56-62
• 附录A 试剂、药品及其纯化方法62-64
• 附录 B 仪器及测试条件和方法64-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间发表论文情况67

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