新型功能聚合金属配合物的合成及其光伏性能研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池是可能替代化石能源而最具发展潜力的可再生与清洁能源之一，而染料敏化剂（简称染料）是影响染料敏化太阳能电池光伏性能的最关键活性组成部分，承担着吸收太阳光以产生电子并传输电子的最重要功能，因此研究合成高光伏性能、低成本、高稳定性、强形体适应性的染料敏化剂具有重大的理论和实际应用意义。本论文课题研究合成不同于现有研究的钌等金属配合物染料、金属卟啉和酞氰染料以及有机染料等三大类染料，而研究与设计合成新型的将无机、有机和高分子组分融合为一体的聚合金属配合物用作染料。研究合成了两个系列新型的吸光性能较优良、载流子传输性能好、高稳定性与低成本的聚合金属配合物染料，并研究了其组成与结构对其光伏性能的影响规律，探索了合成新型优良染料的制备方法与应用，内容如下： （1）设计合成了系列以邻菲咯啉类锌（II）或铜（II）金属配合物为受体（A）、对苯二撑、咔唑或芴等衍生物为给体（D）、噻吩乙烯基为π桥的D-A与D-π-A型12个聚合金属配合物N1-N12染料敏化剂、分析表征并测试分析了它们作为染料的光伏性能。结果表明：a，D-π-A型结构的聚合金属配合物N7-N12的光电转化效率（PCE)比相应D-A型结构的N1-N6要高（PCE高1.2-2.5%）；b，聚合铜（II）配合物比聚合锌（II）配合物的光电效率高（PCE高0.2-0.8%）；c，以咔唑衍生物为给体的聚合金属配合物染料的光电转化效率比相应对苯二撑和芴的高（PCE高0.2-0.6%）；d，其中光电转化效率最高的为D-π-A型聚合铜配合物N10，达3.18%。 （2）设计合成了系列以8-羟基喹啉类锌（II）或铜（II）金属配合物为受体（A）、对苯二撑或咔唑或芴衍生物或芴与对苯二撑和咔唑混连的衍生物为给体（D）、乙烯基或噻吩乙烯基为π桥的D-π-A型10个聚合金属配合物Q1-Q10染料敏化剂，分析表征并测试分析了它们用作染料的光伏性能，结果表明：a，具有给电性较好的混连给体（D）的聚合金属配合物染料Q7-Q10比只有单一苯乙撑或咔唑或芴给体的聚合金属配合物Q1-Q6的光电转换效率高（PCE高1.0-2.6%）；b，聚合铜（II）金属配合物比聚合锌（II）配合物的光电转换效率高（PCE高0.2-0.6%）；c，其中光电转化效率（PCE）最高的为聚合铜（II）配合物Q10，达3.78%。 结果表明，两个系列聚合金属配合物染料都有较优良的光伏性能和高的热稳定性，是染料敏化剂发展的一个重要的新方向。 【关键词】：聚合金属配合物 染料敏化太阳能电池 染料敏化剂 8-羟基喹啉 邻菲咯啉
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-43
• 1.1 论文研究课题起源9-10
• 1.2 聚合金属配合物的研究发展与应用10-21
• 1.2.1 聚合金属配合物的简介与发展10-11
• 1.2.2 聚合金属配合物的基本种类11-19
• 1.2.3 聚合金属配合物的高分子合成研究19-20
• 1.2.4 聚合金属配合物的应用20-21
• 1.3 太阳能电池与电池材料21-41
• 1.3.1 太阳能电池发展概况21-24
• 1.3.2 有机太阳能电池的结构种类与工作原理24-28
• 1.3.3 染料敏化太阳能电池材料（染料）28-40
• 1.3.4 染料敏化剂材料的发展趋向40-41
• 1.4 论文的设计思想与研究内容41-43
• 第二章 以邻菲咯啉衍生物为配体的聚合过渡金属配合物的合成与光伏性能43-89
• 2.1 引言43-45
• 2.2 实验部分45-59
• 2.2.1 实验研究方法及分析测试45-49
• 2.2.2 产物 N1-N12 合成技术路线49-52
• 2.2.3 聚合金属配合物 N1-N12 的合成52-59
• 2.3 实验结果与讨论59-87
• 2.3.1 中间体和聚合金属配合物 N1-N12 的合成表征59-69
• 2.3.2 聚合金属配合物 N1-N12 的基本性能69-80
• 2.3.3 聚合金属配合物 N1-N12 的光伏性能80-87
• 2.4 小结87-89
• 第三章 以 8-羟基喹啉衍生物为配体的聚合过渡金属配合物的合成与光伏性能89-121
• 3.1 引言89-90
• 3.2 实验部分90-102
• 3.2.1 实验研究方法及分析测试90-94
• 3.2.2 合成聚合金属配合物 Q1-Q10 的技术路线94-97
• 3.2.3 聚合金属配合物 Q1-Q10 的合成97-102
• 3.3 实验结果与讨论102-120
• 3.3.1 配体及聚合金属配合物 Q1-Q10 的合成表征102-110
• 3.3.2 聚合过渡金属配合物 Q1-Q10 的基本性能110-118
• 3.3.3 聚合过渡金属配合物 Q1-Q10 的光伏性能118-120
• 3.4 小结120-121
• 第四章 总结和发展121-123
• 参考文献123-137
• 致谢137-138
• 个人简历138-139
• 攻读博士学位期间发表论文情况139

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