含喹啉、咔唑衍生物有机光伏材料的设计合成与性能研究

【摘要】：有机太阳能电池(OPVs),相比于传统太阳能电池,其生产成本低,易于制备,性能良好和于环境友好等优点使其能得到了广泛的关注。染料敏化太阳能电池(DSSCs)和聚合物太阳能电池(PSCs)被认为是OPVs中最有发展前景的电池。为了进一步提高电池的性能,获得较高的光电转化效率,研究者们需要合成新型染料和聚合物,并深入地了解其结构与其性能之间的关系。最近,以喹啉及其衍生物,咔唑及其衍生物和卟啉的聚合物和小分子逐渐受到重视。喹啉拥有两个对称的不饱和氮原子,电子吸收能力强,常被用作电子受体材料。咔唑上共轭体系大且传输载流子能力强,光学性能优异,非常适合作为空穴传输材料。卟啉拥有很大的共轭平面结构,适合传输电子。本文设计合成这三种基团为基的新型染料和聚合物并将其应用于有机太阳能电池,具体开展了如下几个方面的工作:1,设计合成了两个以卟啉为基的聚合物(P1和P2)并对其进行了各种性能的测试。这两个聚合物表现出良好的溶解性和优秀的热稳定性(热失重5%时温度都在400℃以上)。苝基团的加入使聚合物的吸收光谱拓宽到800 nm。P1和P2的光学带隙分别为1.92 eV和1.56 eV.2,设计合成与表征了一系列以喹啉衍生物的染料小分子(D1-D3)。通过在噻吩基团上引入原子桥来使分子不易发生扭转。这些染料分子都有相对不错的溶解性,在400-700 nm之间都有较强的光谱吸收。3,设计合成了四个以咔唑衍生物为基的染料小分子(D4-D7)。通过苯基团和噻吩基团相互替换来研究基团对染料性能的影响。通过改变咔唑基团和苯并噻二唑的位置研究分子间基团结合方式对染料性能的影响。这些染料溶解性优秀,在400-650 nm之间有较好的光谱吸收。 【关键词】：染料敏化太阳能电池(DSSCs) 聚合物太阳能电池(PSCs)喹啉 卟啉
【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】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-24
• 1.1 太阳能电池8-9
• 1.2 有机太阳能电池9-13
• 1.2.1 聚合物太阳能电池10-12
• 1.2.2 共轭聚合物太阳能电池的材料12-13
• 1.3 染料敏化太阳能电池13-22
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理14-17
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池的发展17-21
• 1.3.3 染料敏化太阳能电池的电解质概况21-22
• 1.4 论文的设计思想和研究内容22-24
• 第2章 基于卟啉衍生物的聚合物的设计合成及性能研究24-41
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-35
• 2.2.1 实验试剂、测试条件及方法24-25
• 2.2.2 聚合物P1和P2的合成25-35
• 2.3 结果与讨论35-40
• 2.3.1 聚合物P1和P2的结构表征35
• 2.3.2 聚合物P1，P2的热稳定性能35-36
• 2.3.3 聚合物P1，P2的光学性能36-38
• 2.3.4 聚合物P1，P2的电化学性能38-39
• 2.3.5 聚合物P1、P2的光伏性能39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第3章 基于喹啉衍生物D-π-A型染料的合成与表征41-53
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验部分42-49
• 3.2.1 实验试剂、测试条件及方法42
• 3.2.2 染料D1-D3的合成42-49
• 3.3 结果与讨论49-52
• 3.3.1 染料敏化剂D1-D3光学性能49-50
• 3.3.2 染料D1-D3的电化学性能50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 基于咔唑衍生物染料的合成与表征53-64
• 4.1 引言53-54
• 4.2 实验部分54-60
• 4.2.1 实验试剂、测试条件及方法54
• 4.2.2 染料D4-D7的合54-60
• 4.3 结果与讨论60-63
• 4.3.1 染料敏化剂D4-D7光学性能60-62
• 4.3.2 染料敏化剂D4-D7电化学性能62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 总结与展望64-65
• 参考文献65-71
• 致谢71-72
• 附录A 试剂、药品及处理方法72-74
• 附录B 仪器、测试条件及方法74

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