基于噻吩吡咯二酮功能有机太阳能电池材料的合成与性能研究

【摘要】：本体异质结太阳能电池以交联的聚合物或小分子为给体，聚芴为受体的模式成功提供了一种高效、廉价转换太阳能效率的途径。窄带隙的D-A共轭分子在主链上引入给电子D单元和吸电子A单元成为本体异质结太阳能电池最重要的给体。为了提高太阳能转化效率，注意力集中在设计窄带隙聚合物或分子结构来增大短路电流，同时降低最高占据能级轨道来增加开路电压。高吸光系数的染料敏化太阳能电池（DSSC）由于高效一直在光伏行业备受瞩目。在D-π-A结构的染料中，受体主要是氰基乙酸、绕丹宁等，此结构能促进分子内电荷转移，适用于高效DSSC器件。具体研究内容如下： 1.通过Sonogashira和Stille聚合分别合成出含噻吩吡咯二酮单元的聚合物P1、P2，并对它们的光电性能、热性能和光伏性能进行了研究。结果表明铂炔聚合物P1具有更好的热稳定性和成膜性，Pt的引入提高了器件的短路电流和开路电压，因此P1的器件效率（0.65%）远远高于P2（0.0088%）的效率。 2.以咔唑为给体，苯并噻二唑为的受体的A-D-A型小分子S1-S4，通过调整主链噻吩上有无烷基链和端基做对比。结果表明四种目标小分子的光学和化学带隙均属于窄带隙，S3（0.35%）的效率最高，它具有最高的0.78V的开路电压，是因为S3同时引入了烷基链和强吸电子端基双氰基，改善了它的溶解性和成膜性，拓宽了光谱吸收。 3. D-π-A结构的染料D1和D2含有相同的噻吩吡咯二酮为π桥的主链但是端基分别为氰基乙酸和2-（1，1-双氰基）绕丹宁。测试表明2-（1，1-双氰基）绕丹宁相比氰基乙酸可以拓宽光谱吸收，而且摩尔吸光系数更大，HOMO能级得到优化，两者的光化学带隙分别为1.93eV、1.86eV，电化学带隙分别为1.61eV、1.58eV。 【关键词】：本体异质结太阳能电池 铂炔聚合物 噻吩吡咯二酮 染料敏化太阳能电池 绕丹宁
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;O626
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文献综述9-28
• 1.1 引言9
• 1.2 有机太阳能电池简介9-12
• 1.2.1 有机太阳能电池的结构9-10
• 1.2.2 有机太阳能电池的工作原理10-11
• 1.2.3 有机太阳能电池的性能参数11-12
• 1.3 有机太阳能电池材料12-24
• 1.3.1 有机太阳能电池的受体材料12-13
• 1.3.2 聚合物给体材料13-19
• 1.3.3 小分子给体材料19-24
• 1.4 染料敏化太阳能电池(DSSCs)结构和工作原理24-26
• 1.5 论文的设计思想和研究内容26-28
• 第2章 以噻吩吡咯二酮为基的聚合物及咔唑小分子的合成与性能研究28-54
• 2.1 引言28
• 2.2 实验试剂、测试手段28-29
• 2.3 聚合物的合成和表征29-40
• 2.3.1 聚合物的合成29-35
• 2.3.2 聚合物的结构表征35-36
• 2.3.3 聚合物的热性能36
• 2.3.4 聚合物的光物理性能36-38
• 2.3.5 聚合物的电化学性能38-39
• 2.3.6 聚合物的光伏性能39-40
• 2.4 基于咔唑单元小分子的合成和表征40-52
• 2.4.1 目标小分子的合成40-48
• 2.4.2 目标小分子的结构表征48-49
• 2.4.3 目标小分子的热性能49-50
• 2.4.4 目标小分子的光物理性能50-51
• 2.4.5 目标小分子的电化学性能51-52
• 2.4.6 目标小分子的光伏性能52
• 2.5 小结52-54
• 第3章 以噻吩吡咯二酮和三苯胺为基的 D-π-A 型染料的合成及性能研究54-64
• 3.1 引言54
• 3.2 实验试剂、测试手段54
• 3.3 染料的合成和表征54-62
• 3.3.1 染料的合成54-60
• 3.3.2 染料的结构表征60
• 3.3.3 染料的光物理性能60-61
• 3.3.4 染料的电化学性能61-62
• 3.4 本章小结62-64
• 总结64-65
• 参考文献65-72
• 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74-75
• 致谢75

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