含芴乙烯或苯乙烯主链型聚合金属配合物染料敏化剂的合成及其光伏性能研究

【摘要】：随着现代社会的高速发展，人们对能源的需求越来越大。目前，化石能源作为现在能源市场的主流已经日益耗竭，且因化石能源的使用导致的环境问题也已经严重影响到人们的日常生活。在此大背景下，发展新型可再生能源迫在眉睫，这也响应了倡导科学发展观和实行低碳经济的潮流。在众多可再生能源(如水能、风能、地热能、太阳能等)中，太阳能因其不受地域限制，庞大的能量来源及完全对环境无污染的特性，注定会替代化石能源成为未来能源市场的主流。 太阳能电池作为太阳能利用的主要模式，是通过光生伏打效应，将太阳能转化为电能的一种装置。染料敏化太阳能电池由于具有成本低廉、原料来源广、可柔性制作、大面积成膜及环境污染小的特性，近年来受到广泛的研究。在染料敏化太阳能电池中，光敏染料是灵魂部分，自然是研究的重中之重。钌配合物由于其优良的光电性质及光伏性能成为最常用的光敏染料，但其发展也遇到了诸多瓶颈，如钌作为贵金属，成本高，资源有限且钌配合物的合成和提纯都很困难。聚合金属配合物解决了这些问题，它原材料广泛，合成渠道多，成本低。聚合金属配合物作为光敏染料多以D-π-A结构出现，能通过电子给体和电子受体分子间的电荷迁移作用(ICT)，改善电子传导性。聚合金属配合物，能通过共聚改变染料的主体骨架，调节染料分子能级，拓宽染料的吸收光谱；也能通过选择廉价的过渡金属离子形成金属配合物，利用金属到配体间的电荷迁移过程(MLCT)，提高敏化太阳能电池的光伏性能。基于以上我们设计合成两类主链型聚合金属配合物，并通过FI-IR,1H-NMR,EA,GPC对其结构进行了表征，利用热重测试了其热稳定性，利用紫外光谱、荧光光谱、循环伏安法测试了其光学及电化学性质，并以其为染料测试了其光伏性能。 主要研究内容及结果： 1、以芴或苯-芴为Donor，以C=C为π桥联，以8-羟基喹啉的Zn(Ⅱ)或Cd(Ⅱ)配合物为Acceptor，合成了四种聚合金属配合物P1-P4，并以其为光敏染料应用到敏化太阳能电池上，其相应的光电转化率分别为1.99%,1.92%,2.05%和1.90%。通过热力学测试，显示具有良好的热稳定性，适合染料敏化太阳能电池器件的研究与制作。 2、以芴-咔唑或苯-咔唑为Donor，以邻菲洛啉的Zn(Ⅱ)或Cd(Ⅱ)配合物为Acceptor，合成了四种聚合金属配合物P1-P4，并以其为光敏染料应用到敏化太阳能电池上，其相应的光电转化率分别为0.82%,1.05%,0.99%,1.15%。通过以上的测试结果我们可以看出聚合金属配合物作为一种新型有机材料应用于太阳能电池是很有发展潜力的。 【关键词】：聚合金属配合物 芴 咔唑 D-π-A 光敏染料
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4;TQ617
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 引言9
• 1.2 太阳能电池的定义和发展9-10
• 1.3 太阳能电池的分类10-11
• 1.3.1 无机太阳能电池简介10-11
• 1.3.2 有机太阳能电池简介11
• 1.3.3 纳米晶太阳能电池简介11
• 1.4 有机太阳能电池11-20
• 1.4.1 有机太阳能电池的原理11-12
• 1.4.2 有机太阳能电池的分类12-13
• 1.4.3 有机聚合物太阳能电池材料13-17
• 1.4.4 染料敏化太阳能电池17-20
• 1.5 染料敏化剂20-23
• 1.5.1 有机染料敏化剂21
• 1.5.2 金属配合物敏化剂21-23
• 1.6 本论文设计思想及具体研究内容23-24
• 第2章 实验试剂、测试仪器及条件24-27
• 2.1 试剂及仪器设备24-26
• 2.1.1 主要试剂24-25
• 2.1.2 测试仪器及条件25-26
• 2.2 聚合金属配合物/TiO2染料敏化太阳能电池体系的制作26-27
• 第3章 含芴和 8-羟基喹啉的 D-π-A 结构主链型聚合金属配合物的设计合成及其光伏性能研究27-42
• 3.1 引言27-28
• 3.2 实验部分28-34
• 3.2.1 配体、配合物及聚合金属配合物的合成28-34
• 3.3 结果与讨论34-41
• 3.3.1 配体、配合物及聚合金属配合物的表征34-36
• 3.3.2 聚合金属配合物的热稳定性36-37
• 3.3.3 聚合金属配合物 P1-P4 的紫外-可见吸收和荧光性能37-38
• 3.3.4 聚合金属配合物 P1-P4 的电化学性能38-40
• 3.3.5 聚合金属配合物的光伏性能40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 含咔唑和菲咯啉的 D-A 结构主链型聚合金属配合物的合成及光伏性能的研究42-54
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验部分43-46
• 4.2.1 单体及聚合金属配合物43-46
• 4.4 结果与讨论46-53
• 4.4.1 配体、配合物及聚合金属配合物的表征46-48
• 4.4.2 聚合金属配合物的热力学性质48-49
• 4.4.3 聚合金属配合物的紫外-可见吸收性能和荧光性能49-51
• 4.4.4 聚合金属配合物的电化学性能51-52
• 4.4.5 聚合金属配合物的光伏性能52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 总结与展望54-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62
• 个人简历62-63
• 攻读硕士学位期间发表论文情况63

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