基于咔唑的有机太阳能电池材料的设计合成与性能研究

【摘要】：有机太阳能电池不仅具有材料来源广泛、价格低廉、工艺简单等优点，而且通过对其材料的设计可以调控太阳能电池器件的性能。本文主要对聚合物太阳能电池和染料敏化太阳能电池的原理和结构进行了简单的介绍，并对其研究现状和反展趋势进行了概述，设计并合成了新型的具有Donor-Acceptor结构的共轭聚合物材料和具有Donor-π-Acceptor结构的染料敏化剂，并对其性能进行了相应的测试，最后将聚合物材料制成了两种不同的太阳能电池器件进行了测试和分析。 （1）合成了含咔唑结构的单体与带烷氧基侧链和带噻吩侧链的苯并二噻吩衍生物和与带有不同官能团的含噻吩结构的单体进行共聚，得到了PC2和PC3两个聚合物，并对这个两个聚合物的各项性能进行了测试，发现它们都具有良好的热稳定性和宽吸收光谱，这两个聚合物的电化学能带隙和光学能带隙结果相近，都属于低能带隙聚合物，最后将聚合物与PC60BM进行共混制成了光活性层，并将此活性层制成的器件进行光电转换效率的测试。 （2）合成两种双溴单体和一种双锡化合物通过Stille偶合反应合成了一系列的聚合物，发现通过改变两种双溴单体的比例可以调节聚合物的能级，从而获得较低能带隙的聚合物。并对这些聚合物的各项性能进行了测试，发现它们都具有良好的热稳定性和宽吸收光谱，这两个聚合物的电化学能带隙和光学能带隙结果相近，都属于低能带隙聚合物，最后将聚合物与二氧化钛进行共混制成了杂化活性层，并将此活性层制成的杂化器件进行光电转换效率的测试。 （3）合成了三种以咔唑作为电子给体，噻吩环和苯环作为共轭体系，氰基乙酸作为电子受体合成新型的染料敏化剂。并且设计保持给体和受体保持不变，通过改变共轭体系，发现噻吩环的增加使染料敏化剂材料的紫外可见吸收光谱发生了红移。 【关键词】：聚合物太阳能电池 染料敏化剂 低能带隙 有机染料
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;O631
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-28
• 1.1 引言8
• 1.2 太阳能电池的发展和种类8-9
• 1.3 有机聚合物太阳能电池9-13
• 1.3.1 有机聚合物太阳能电池的结构9-10
• 1.3.2 有机聚合物太阳能电池的工作原理10-11
• 1.3.3 聚合物太阳能电池的性能参数11-13
• 1.4 聚合物太阳能电池材料13-20
• 1.4.1 受体材料13-15
• 1.4.1.1 富勒烯衍生物13-14
• 1.4.1.2 二氧化钛14
• 1.4.1.3 其他受体材料14-15
• 1.4.2 给体材料15-20
• 1.4.2.1 对苯撑乙烯（PPV）衍生物15-16
• 1.4.2.2 聚噻吩及其衍生物16-17
• 1.4.2.3 咔唑及其衍生物17-20
• 1.5 染料敏化太阳能电池20-26
• 1.5.1 染料敏化太阳能电池的工作原理20-22
• 1.5.2 敏化剂的种类22-26
• 1.5.2.1 无机光敏化剂23-24
• 1.5.2.2 有机光敏化剂24-26
• 1.6 论文的研究内容和创新点26-28
• 1.6.1 研究内容26
• 1.6.2 创新点26-28
• 第2章 含咔唑衍生物的共聚物的合成与表征28-44
• 2.1 引言28
• 2.2 实验部分28-37
• 2.2.1 试剂及测试29
• 2.2.2 单体和聚合物的合成29-37
• 2.3 结果与讨论37-41
• 2.3.1 单体和聚合物的合成37-38
• 2.3.2 热稳定性38
• 2.3.3 紫外-可见吸收光谱38-40
• 2.3.4 循环伏安分析40-41
• 2.4 器件的制作及测试结果41-42
• 2.4.1 器件的制作41-42
• 2.4.2 器件测试结果42
• 2.6 本章小结42-44
• 第3章 含咔唑共聚物的杂化太阳能电池材料合成与表征44-61
• 3.1 引言44
• 3.2 含咔唑共聚物的设计44-45
• 3.3 实验部分45-51
• 3.3.1 试剂及测试45-46
• 3.3.2 单体和聚合物的合成46-51
• 3.4 结果与讨论51-58
• 3.4.1 单体和聚合物的合成51-52
• 3.4.2 热稳定性52-53
• 3.4.3 紫外-可见吸收光谱53-55
• 3.3.4 循环伏安分析55-58
• 3.5 器件的制作及测试结果58-59
• 3.5.1 器件的制作58-59
• 3.5.2 器件的测试59
• 3.6 本章小结59-61
• 第4章 基于咔唑类染料敏化剂的合成与表征61-76
• 4.1 引言61
• 4.2 含咔唑染料敏化剂的设计61-65
• 4.3 实验部分65-71
• 4.3.1 试剂及测试65
• 4.3.2 染料敏化剂的合成65-71
• 4.4 结果与讨论71-74
• 4.4.1 中间体和染料敏化剂的合成71
• 4.4.2 染料的紫外吸收可见光谱71-73
• 4.4.3 染料的荧光光谱73
• 4.4.4 染料的电化学分析73-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第5章 结论76-77
• 参考文献77-86
• 读研期间发表的论文86-87
• 致谢87-88
• 附录 1 实验室所用的药品和试剂88-90
• 附录 2 实验室所用仪器90-91
• 附录 3 核磁图谱91-118

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