三苯胺基双给体聚合物染料的结构修饰及其光伏性能

【摘要】：摘要：染料敏化太阳能电池因其低制造成本和良好的性能备受研究者关注,但是要使其商业化,其长期稳定性和效率都需进一步提高。因此,低成本、高性能、更稳定的新型聚合物敏化剂成为研究的热点之一。本论文是在已报道的分子PAC-01的基础上进行结构修饰,设计合成两个系列的双给体型共轭聚合物染料,并制备了电池器件。此外,通过系列内以及两个系列之间的比较,对其合成、表征与光电性能进行了系统研究,对染料结构与其光谱特性和光电转换性能的关系进行了探索,为下一步设计更高效的聚合物光敏染料分子提供理论和实验依据。具体如下： (1)对PAC-01染料分子结构进行共轭单元修饰,首先用3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)替换噻吩得到PAC-02,然后在此基础上增加一个噻吩单元得到PAC-03。研究结果表明,富电子的EDOT单元代替噻吩单元得到的染料光吸收能力反而降低,但是共轭单元的延长可以拓宽吸收光谱,带隙变窄,光电流响应谱的峰值提高,光响应范围红移,短路电流和开路电压都有所提升,整体能量转换效率提高。 (2)对PAC-01染料分子结构进行给体单元修饰,引入吩噻嗪单元代替与三苯胺缩聚的咔唑单元,得到聚(三苯胺-吩噻嗪)系列的三种染料PAT-01、PAT-02和PAT-03,研究结果表明给体中引入吩噻嗪得到的共轭聚合物具有强而且宽的吸收光谱,对太阳光有较强的捕获能力。基于PAT-03染料的电池器件得到10.87mA·cm-2的短路电流和4.71%的高效率。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 聚合物染料 结构修饰 光电性能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;O631.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 文献综述9-31
• 1.1 引言9
• 1.2 染料敏化太阳能电池的研究进展9-12
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的研究历史及现状9-11
• 1.2.2 DSSC的基本结构组成和工作原理11-12
• 1.3 染料敏化太阳能电池性能参数12-15
• 1.3.1 入射单色光-电转化效率(IPCE)12-13
• 1.3.2 短路电流(I_(sc))13
• 1.3.3 开路电压(V_(oc))13-14
• 1.3.4 填充因子(FF)14
• 1.3.5 光电能量转换效率(η)14-15
• 1.4 DSSC中染料敏化剂的发展15-29
• 1.4.1 金属配合物染料15-17
• 1.4.2 纯有机染料17-29
• 1.5 论文选题的研究内容及意义29-31
• 2 聚(三苯胺-咔唑)系列染料的合成及其光电性能研究31-53
• 2.1 引言31
• 2.2 实验部分31-42
• 2.2.1 单体和聚合物的合成31-38
• 2.2.2 测试方法38-42
• 2.3 结果与讨论42-52
• 2.3.1 合成讨论及解析42-43
• 2.3.2 染料的光谱特性43-45
• 2.3.3 量子化学计算45-48
• 2.3.4 DSSC器件的光电特性48-52
• 2.4 本章小结52-53
• 3 聚(三苯胺-吩噻嗪)系列染料的合成及其光电性能研究53-67
• 3.1 引言53
• 3.2 实验部分53-58
• 3.2.1 单体和聚合物的合成53-58
• 3.2.2 测试方法58
• 3.3 结果与讨论58-66
• 3.3.1 合成讨论及解析58-59
• 3.3.2 染料的光谱特性59-61
• 3.3.3 量子化学计算61-62
• 3.3.4 DSSC器件的光电特性62-66
• 3.4 本章小结66-67
• 4 结论与展望67-69
• 参考文献69-77
• 附录77-79
• 攻读学位期间的研究成果79-80
• 致谢80

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