新型侧链D-π-A型聚合金属配合物染料分子的设计合成及其光伏性能研究

【摘要】：近年来，随着经济社会的快速发展，能源问题已变得越来越突出。而太阳能是公认的清洁能源，太阳能电池的广泛使用，一定能使能源问题得到有效的解决。自从1991年染料敏化太阳能电池（DSSC）首次被报道以来，就一直受到广泛的关注；并且其与传统的半导体太阳能电池相比，具有成本低、环境污染少、原料来源广泛等优点，也使得它更加具有广泛应用的潜力。其中，染料敏化剂作为染料敏化太阳能电池中的关键组分，也受到了大量的研究，一种新型高效的D-π-A结构的染料被提出，这是一种以有机基团作为电子的给体和受体，并且通过其他有机基团作为π桥连接的结构，这种结构具有很好的电子传输性能，并能通过分子结构的设计来调整染料分子的能级，以获得高效率的染料分子。 在有机染料的研究过程中发现，三苯胺、咔唑具有优良的空穴传输性能及较好的给电子能力，它们可以作为良好的给体材料，所以它们在光电及发光领域受到了广泛的研究，并且，咔唑与三苯胺都具有较好的稳定性，原料易获取且价格相对较低，对其结构进行修饰也较易等优点，使其近年来在有机太阳能电池领域受到了大量的关注与应用。 因此，本论文设计研究了两系列共八种的D-π-A型聚合金属配合物染料，并对其进行了核磁共振、红外光谱、GPC和元素分析等测试分析及表征，同时作为DSSC中的染料，还研究了它们的紫外-可见光吸收性能、热稳定性能、电化学性能及光伏性能等；研究发现，这些聚合金属配合物都满足作为染料的基本要求，但是能量转换效率还不是特别理想，第一系列的P1~P4染料中，效率η最高的P4也只有1.09%，而第二系列的PAL1、PAL2、PBL1、PBL2染料中，效率η最高的PBL1也仅有1.76%，但是这些染料都具有良好的热稳定性能，及较好的电子传输性能；虽然，目前我们研究的聚合金属配合物染料的效率还没有达到预期的理想结果，但是这为我们研究新型的染料敏化剂提供了一条新的思路和参考。 【关键词】：聚合金属配合物 染料敏化剂 染料敏化太阳能电池 有机染料 D-π-A结构
【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】：O641.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-26
• 1.1 引言8-9
• 1.2 太阳能电池的发展概况9-10
• 1.3 太阳能电池的分类10-12
• 1.3.1 硅太阳能电池10
• 1.3.2 非硅半导体太阳能电池10
• 1.3.3 有机聚合物太阳能电池10-12
• 1.4 染料敏化太阳能电池（DSSC）的结构原理与技术参数12-15
• 1.4.1 DSSC 的结构及工作原理12-13
• 1.4.2 DSSC 的主要技术参数13-15
• 1.5 染料敏化太阳能电池材料的研究进展15-24
• 1.5.1 光阳极材料15
• 1.5.2 光阴极材料15
• 1.5.3 光敏染料15-24
• 1.6 本论文研究的设计思想与研究内容24-26
• 第2章 实验药品及测试方法26-30
• 2.1 实验主要原料及试剂26-27
• 2.2 主要测试设备及测试方法27-28
• 2.3 基于聚合金属配合物染料的 DSSC 器件制作方法28-30
• 第3章 含三苯胺衍生物聚合金属配合物的合成及其光伏应用30-41
• 3.1 引言30-31
• 3.2 实验部分31-35
• 3.2.1 聚合金属配合物（P1~P4）的合成技术路线31
• 3.2.2 聚合金属配合物（P1~P4）的合成31-35
• 3.3 实验结果与讨论35-40
• 3.3.1 中间体 M 及聚合金属配合物(P1~P4)的表征35-36
• 3.3.2 聚合金属配合物的热性能分析36
• 3.3.3 紫外-可见吸收及荧光性能测试36-37
• 3.3.4 电化学性能测试37-38
• 3.3.5 聚合金属配合物（P1~P4）的光伏性能38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 含三苯胺、咔唑衍生物聚合金属配合物的合成及其光伏应用41-53
• 4.1 引言41-42
• 4.2 实验部分42-47
• 4.2.1 聚合金属配合物（PAL1, PAL2, PBL1, PBL2）的合成技术路线42-43
• 4.2.2 聚合金属配合物（PAL1, PAL2, PBL1, PBL2）的合成43-47
• 4.3 实验结果与讨论47-52
• 4.3.1 配体（L1, L2）及聚合金属配合物(PAL1, PAL2, PBL1 及 PBL2)的表征47-48
• 4.3.2 聚合金属配合物的热性能分析48-49
• 4.3.3 紫外-可见吸收及荧光性能测试49-50
• 4.3.4 电化学性能测试50-51
• 4.3.5 聚合金属配合物（PAL1, PAL2, PBL1 及 PBL2）的光伏性能51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 总结与展望53-54
• 参考文献54-60
• 致谢60-61
• 个人简历61-62
• 硕士研究生期间科研成果发表情况62

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