含苯并二噻吩的新型聚合金属配合物染料的合成及光伏性能研究

【摘要】：相比于传统的无机太阳能电池,染料敏化太阳能电池由于其具有低成本、高效率和绿色环保等优势,成为了近年来光伏领域最具发展潜力的可再生能源之一。在这类电池中,染料敏化剂作为其关键组成部分,在捕获太阳能和产生电荷方面起着重要的作用。在目前已报道的染料敏化剂中,要属含贵金属钌多吡啶染料敏化剂性能最好,然而其来源短缺、生产成本高且难以净化,使得其广泛应用受到了限制。相比之下,由价格低廉且来源广泛的过渡金属元素组成的聚合金属配合物光敏化剂由于具有结构多样、易设计合成、热稳定性好且成本低等优点,有望成为新一类具有发展前景的敏化剂被应用到染料敏化太阳能电池中,成为目前研究的重点和热点,代表了今后染料的发展方向,故设计合成用于替代钌基染料的聚合金属配合物染料敏化剂具有重要的理论和实际意义。在本论文中设计合成了两类新型的吸光性能优良、高热稳定性的聚合金属配合物染料,内容如下:1.分别以苯并二噻吩和对苯二酚衍生物作为给体,噻吩乙烯基作为π桥和含锌与镉的8-羟基喹啉金属配合物作为受体,通过Yamamoto聚合反应设计合成了四种新型的D-π-A型聚合金属配合物染料,表征并分析测试了它们作为染料敏化剂的光伏性能。结果表明,四种聚合金属配合物有着良好的热稳定性,基本上能够满足太阳能电池光伏器件制作的要求,基于四种聚合金属配合物(P1、P2、P3和P4)在DSSCs中表现的光电效率分别为2.34%、2.46%、1.51%和1.65%,其中聚合物(P1、P2)的光电转换效率要相应的高于聚合物(P3、P4),这主要是由于苯并二噻吩衍生物的给电子能力比对苯二酚衍生物强。2.分别以芴、4,8-二辛氧基苯并二噻吩和1,4-二辛氧基苯作为给体,碳碳双键作为π桥和8-羟基喹啉的金属配合物作为受体,设计合成了四种新型的D-D-π-A型聚合金属配合物染料,表征并分析测试了它们作为染料敏化剂的光伏性能。结果表明,四种新型的聚合金属配合物有着良好的热稳定性,其中P1、P2、P3和P4在DSSCs中表现的光电效率分别为2.38%、2.62%、1.53%和1.72%,而且以镉配位的聚合物要比以锌配位的聚合物的光伏性能好。结果表明,两种系列的聚合金属配合物染料都具有一定的光伏性能和高的热稳定性,虽然这与传统的钌吡啶配合物染料敏化剂相比,其能量转换效率还有待提高,但作为一类新型的染料敏化剂,具有良好的发展潜力。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 染料敏化剂 聚合金属配合物 苯并二噻吩衍生物 8-羟基喹啉
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O641.4;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-28
• 1.1 论文研究课题起源9-12
• 1.2 染料敏化太阳能电池（DSSCs）的基本概况12-17
• 1.2.1 DSSCs的简介12-13
• 1.2.2 DSSCs的结构13
• 1.2.3 DSSCs的工作原理13-15
• 1.2.4 衡量DSSCs的性能参数15-17
• 1.3 影响DSSCs性能的因素17-20
• 1.3.1 染料敏化剂17-18
• 1.3.2 纳米二氧化钛膜18-19
• 1.3.3 电解质19-20
• 1.3.4 对电极20
• 1.4 DSSCs中染料敏化剂的研究进展20-25
• 1.4.1 金属配合物染料敏化剂20-24
• 1.4.2 含苯并二噻吩（BDT）有机染料敏化剂24-25
• 1.5 聚合金属配合物染料敏化剂25-27
• 1.5.1 聚合金属配合物的简介25-26
• 1.5.2 聚合金属配合物的应用26-27
• 1.6 本论文的选题依据与研究内容27-28
• 第2章 实验所需药品及测试方法28-32
• 2.1 主要实验药品及原料28-29
• 2.2 实验主要测试仪器及方法29-31
• 2.3 DSSCs的器件制作方法31-32
• 第3章 含苯并二噻吩衍生物的D-π-A型聚合金属配合物染料的合成及光伏性能研究32-49
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验部分33-40
• 3.2.1 反应中间体的合成34-38
• 3.2.2 配合物（C1, C2）及聚合金属配合物（P1-P4）合成38-40
• 3.3 实验结果与讨论40-48
• 3.3.1 反应中间体及聚合金属配合物（P1-P4）的表征与分析40-42
• 3.3.2 聚合金属配合物（P1-P4）热性能分析42-43
• 3.3.3 聚合金属配合物（P1-P4）光学性能分析43-44
• 3.3.4 聚合金属配合物（P1-P4）电化学性能分析44-46
• 3.3.5 聚合金属配合物（P1-P4）光伏性能分析46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 含苯并二噻吩和 8-羟基喹啉衍生物的D-D-π-A型聚合金属配合物染料的合成及光伏性能研究49-64
• 4.1 引言49-50
• 4.2 实验部分50-55
• 4.2.1 反应前驱体的合成50-53
• 4.2.2 配合物及聚合金属配合物的合成53-55
• 4.3 结果与讨论55-62
• 4.3.1 反应中间体及聚合金属配合物的表征分析55-57
• 4.3.2 聚合金属配合物的热性能分析57-58
• 4.3.3 聚合金属配合物的光学性能分析58-59
• 4.3.4 聚合金属配合物的电化学性能分析59-61
• 4.3.5 聚合金属配合物的光伏性能分析61-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 总结与展望64-66
• 参考文献66-73
• 致谢73-74
• 个人简历74-75
• 攻读硕士学位期间发表论文情况75

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