基于卟啉染料和聚合物光伏材料的合成及性能研究

【摘要】：能源问题是目前人类生存和发展所面临的最主要的问题。随着化石能源的逐步减少及全世界对能源的需求的增大,开发新能源成为了科研工作者们的研究热点。太阳能作为一种分布广泛、取之不尽并且环境友好的能源,引起了世界各国竟相开发和研究。目前,太阳能电池历经几十年的发展已经到了第三代有机太阳能电池(OSCs)阶段,但是这类电池的发展时间还不长,它们的光电转换效率还未达到实现工业化的要求。因此为了提高材料的光伏性能,我们以拓宽光谱、增强光吸收强度以及调控材料的分子能级为目的,设计合成了两类共六种太阳能电池材料,我们通过采用核磁共振、飞行质谱等方法对合成的中间体及目标产物结构进行了表征。并用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、循环伏安法等方法对这六种材料的光物理、电化学及光伏性能等进行了测试。主要研究内容如下:1.设计并合成了三种卟啉染料SF,BSF和NSF,它们分别以三苯胺和N,N-二甲基-4-乙炔基-苯胺为给体基元,桥连了乙炔基噻吩和乙炔基并噻吩的卟啉衍生物作为π桥,羧酸基团为锚定基团。我们测试了三种染料的光物理,电化学和光电性能等性能。研究表明,用并噻吩作为桥连基元的两个卟啉染料BSF和NSF的吸收光谱有明显的拓宽并且红移,同时这两种染料的HOMO-LUMO之间的能隙相对于SF有明显的降低,因此BSF和NSF获得较好的光伏性能。染料BSF和NSF在AM 1.5模拟太阳光下测得的光电转换效率分别为4.53%和3.98%。2.以基于苯并二噻吩(BDT)和在可见光区具有较宽吸收的吡咯并吡咯二酮(DPP)作为聚合单体,将在400-500 nm范围内有强吸收的卟啉单元引入到聚合物分子中,合成了三种新型的无规共聚物P1,P2,P3。并对三种聚合物的性能进行了测试。实验表明,三种共聚物均有较好的热稳定性和溶解性;由于在共聚物P2,P3中卟啉单元的引入,可以有效拓宽聚合物的吸收光谱,降低聚合物的HOMO能级。基于P2,P3两种三元共聚物的本体异质节电池的光电转换效率均高于两元共聚物P1,对应的PCE分别为0.21%和0.32%。 【关键词】：聚合物太阳能电池 染料敏化太阳能电池 卟啉 并噻吩 三元共聚物
【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】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 太阳能电池研究背景9-24
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 聚合物太阳能电池的研究进展10-18
• 1.2.1 聚合物太阳能电池的工作原理10
• 1.2.2 聚合物太阳能电池的器件结构10-12
• 1.2.3 聚合物太阳能电池器件性能表征12-13
• 1.2.4 聚合物太阳能电池材料13-18
• 1.3 染料敏化太阳能电池（DSSCs）简介18-22
• 1.3.1 DSSCs器件结构及工作原理18-19
• 1.3.2 影响DSSCs器件性能的主要因素19
• 1.3.3 染料敏化剂的研究进展19-22
• 1.4 论文的设计思想和研究内容22-24
• 第二章 D-π-A不对称型卟啉染料的合成及光伏性能研究24-49
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-39
• 2.2.1 实验试剂、药品和测试方法25
• 2.2.2 中间体及目标染料的合成路线：25-39
• 2.3 结果与讨论39-47
• 2.3.1 染料的合成与表征39-40
• 2.3.2 染料的光物理性质40-42
• 2.3.3 染料的发射光谱42-43
• 2.3.4 染料的电化学性质:43-44
• 2.3.5 染料的光伏性能44-46
• 2.3.6 染料的电化学阻抗分析46-47
• 2.4 本章小结47-49
• 第三章 含吡咯并吡咯二酮和卟啉侧链共聚物的合成及光伏性能研究49-59
• 3.1 引言49-50
• 3.2 实验部分50-53
• 3.2.1 实验试剂、药品和测试方法50
• 3.2.2 单体和共聚物的合成50-53
• 3.3 结果与讨论53-58
• 3.3.1 单体和聚合物的合成与表征53-54
• 3.3.2 聚合物的热性能54
• 3.3.3 聚合物的光物理性能54-56
• 3.3.4 聚合物的电化学性能56-57
• 3.3.5 聚合物的光伏性能57-58
• 3.4 本章小结58-59
• 总结与展望59-60
• 参考文献60-66
• 致谢66-67
• 附录A 所有试剂及其纯化处理方法67-69
• 附录B 所有仪器的测试条件及方法69-70
• 攻读硕士学位期间论文发表论文情况70

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