基于吲哚与苯并噻二唑的太阳能电池材料的设计合成与性能研究

【摘要】：有机太阳能电池因具有工艺简单、成本较低、质量较轻、加工性能较好等符合能源利用发展趋势的优点而成为当前能源利用研究领域的一大热点。本论文主要介绍了染料敏化太阳能电池和有机聚合物太阳能电池的研究现状,并对两种有机太阳能电池发展进行了展望。论文设计并合成了11种D-A型共轭聚合物太阳能电池材料和4种D-π-A型有机染料敏化剂,并对它们进行了相关表征,比较各个敏化剂、聚合物之间光电性质的差异,得出结论。(1)采用双溴吲哚与双溴苯并噻二唑按不同比例(分别为5:1、3:1、1:1、1:3、1:5)和一种双锡单体通过Stille偶联共聚反应,得到5种聚合物,并对其进行核磁共振、紫外可见吸收、荧光光谱、电化学、热重分析等表征。经表征测试发现该5种聚合物热稳定性良好,并发现随着苯并二噻吩的比例增加,聚合物的吸收光谱有红移趋势。(2)设计合成了双溴苯并噻二唑单体与三种双锡单体,并成功通过Stille反应聚合成了苯并二噻吩搭配不同给体单元的聚合物。同时在苯并二噻吩单元引入F原子取代基团,与上述三种双锡单体聚合,总共反应生成6种聚合物,从而比较F原子取代基团对聚合物光电性质的影响。测试表征发现F原子的引入有利于聚合物在可见光区域的吸收红移并能有效降低聚合物的史托克斯位移。(3)设计合成了4种以吲哚为染料敏化剂的电子给体,引入不同π桥基团(噻吩、2-噻吩乙腈),受体基团(氰乙酸、绕丹宁-3-乙酸)以及不同长度的烷基侧链(十二烷基、辛基)。所合成的四种敏化剂紫外可见吸收光谱均位于300-500 nm之间,满足染料敏化剂作为太阳能电池捕捉太阳有效光的基本条件,均有荧光效应,循环伏安测试表明其均有氧化还原特性。 【关键词】：太阳能电池 有机敏化剂 共轭聚合物 吲哚 苯并噻二唑
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-26
• 1.1 引言8
• 1.2 太阳能电池概述8-9
• 1.3 染料敏化太阳能电池(DSCs)9-15
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池结构9-10
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池工作原理10-11
• 1.3.3 染料敏化太阳能电池敏化剂的种类11-15
• 1.4 聚合物太阳能电池15-24
• 1.4.1 聚合物太阳能电池的结构15-17
• 1.4.2 聚合物太阳能电池的原理17-19
• 1.4.3 聚合物太阳能电池给体材料的研究进展19-24
• 1.5 研究内容与创新点24-26
• 1.5.1 研究内容24-25
• 1.5.2 创新点25-26
• 第二章 含吲哚共聚物的合成与表征26-39
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-32
• 2.2.1 试剂及测试26
• 2.2.2 单体和聚合物的合成26-32
• 2.3 结果与讨论32-38
• 2.3.1 聚合物的分子量32-33
• 2.3.2 热稳定性33-34
• 2.3.3 紫外-可见吸收光谱34-35
• 2.3.4 荧光光谱35-37
• 2.3.5 聚合物的电化学分析37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 含苯并噻二唑共聚物的合成与表征39-56
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-49
• 3.2.1 试剂及测试39
• 3.2.2 单体和聚合物的合成39-49
• 3.3 结果与讨论49-55
• 3.3.1 聚合物的分子量49-50
• 3.3.2 热稳定性50-51
• 3.3.3 紫外-可见吸收光谱51-52
• 3.3.4 荧光光谱52-54
• 3.3.5 聚合物的电化学分析54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 含吲哚染料敏化剂的合成及表征56-73
• 4.1 引言56
• 4.2 染料的理论能级测算56-59
• 4.3 实验部分59-67
• 4.3.1 试剂及测试59
• 4.3.2 染料的合成59-67
• 4.4 结果与讨论67-72
• 4.4.1 染料的紫外-可见吸收光谱67-70
• 4.4.2 染料的荧光光谱70-71
• 4.4.3 染料的电化学分析71-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 结论与展望73-75
• 5.1 结论73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士研究生期间发表的论文80-81
• 致谢81-82
• 附录一 单体、聚合物和部分中间体的核磁图82-109
• 附录二 实验所用试剂及仪器109-112

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