含三苯胺、苯并噻二唑聚苯乙烯撑衍生物和三苯胺有机染料的合成及光伏性能研究

【摘要】：本论文对聚合物太阳能电池材料和染料敏化太阳能电池材料及器件的研究进展进行系统的综述。为了拓宽给体材料的吸收光谱、提高其空穴迁移率,设计并合成一种主链含低能隙单元,侧链含三苯胺的PPV类共轭共聚物材料,同时还合成了几种给体-π桥-受体(D-π-A)型有机小分子染料。对所合成的化合物我们利用红外光谱、飞行质谱和核磁共振等手段的结构进行了表征,并利用荧光光谱、紫外光谱研究了所合成的共聚物和有机小分子染料的光物理性质,采用循环伏安法和电化学阻抗方法研究了它们的电化学性质,同时测试了基于所合成共聚物和有机小分子染料组装成的太阳能电池的能量转换效率。主要的研究内容如下： 1.设计并合成了一种侧链带三苯胺,主链含苯并噻二唑低能隙单元的三元共聚物P2,研究了主链中低能隙单元对共聚物的光物理、电化学、热稳定性和光伏性质的影响。结果表明,低能隙单元的引入可以降低共聚物的能隙；另一方面,由于共轭长度增加,拓宽了共聚物的吸收光谱。基于P2的共聚物/PCBM本体异质结太阳能电池的能量转化效率为0.83%,是不含低能隙单元的共聚物P1的3倍。 2.设计合成了三种三苯胺类D-π-A型纯有机染料敏化剂H1,H2和H3,分别以甲基三苯胺为电子给体,烷基或烷氧基取代噻吩为π共轭桥,氰基乙酸为电子受体。主要研究了噻吩π共轭桥上不同的取代基对染料分子光物理、电化学及光伏性能的影响。三种染料均具有较好的光伏性能,其中以甲基噻吩为π共轭桥的染料H1具有最高的能量转换效率9.10%(Voc=0.72 V,Jsc=18.03 mA cm-2,FF=0.70)。这一染料有望成为制备简便、成本低廉、性能高效有机小分子染料敏化剂应用于染料敏化太阳能电池。 【关键词】：三苯胺 聚合物太阳能电池 染料敏化太阳能电池 低能隙 光伏性能
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O633.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 文献综述8-25
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 有机太阳能电池简介9-12
• 1.2.1 PSCs器件原理和结构9-10
• 1.2.2 影响聚合物太阳能电池效率的主要因素10
• 1.2.3 DSSCs的器件结构和原理10-11
• 1.2.4 影响染料敏化太阳能电池能量转换效率的主要因素11-12
• 1.3 有机太阳能电池的性能参数12-14
• 1.3.1 J-V特性曲线12-13
• 1.3.2 有机太阳能电池的性能表征参数13-14
• 1.4 共轭聚合物太阳能电池材料14-19
• 1.4.1 共轭聚合物太阳能电池给体材料14-18
• 1.4.2 聚合物太阳能电池电子受体材料18-19
• 1.5 染料敏化太阳能电池材料19-24
• 1.5.1 金属配合物染料19-21
• 1.5.2 纯有机染料21-24
• 1.6 论文的设计思想与研究内容24-25
• 第2章 含三苯胺侧基和低能隙单元的PPV类三元共聚物的合成与性质研究25-38
• 2.1 引言25
• 2.2 实验部分25-31
• 2.2.1 试剂、药品及测量条件和测量方法25-26
• 2.2.2 单体和共聚物的合成26-31
• 2.3 结果与讨论31-37
• 2.3.1 中间体、单体及共聚物的合成与结构表征31-32
• 2.3.2 共聚物的热性能32-33
• 2.3.3 共聚物的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱33-34
• 2.3.4 共聚物的电化学性能34-36
• 2.3.5 共聚物的光伏性质36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 基于不同取代基的噻吩-三苯胺染料敏化剂的合成与光伏性能38-51
• 3.1 引言38-39
• 3.2 实验部分39-43
• 3.2.1 实验试剂及测量条件和方法39
• 3.2.2 中间体和目标染料的合成39-43
• 3.3 结果与讨论43-50
• 3.3.1 染料的合成43-44
• 3.3.2 染料的光物理性质44-45
• 3.3.3 染料的电化学性质45-48
• 3.3.4 染料的光伏性能48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 总结与展望51-52
• 参考文献52-59
• 附录A 试剂、药品及其纯化方法59-61
• 附录B 仪器及测试条件和方法61-63
• 致谢63-64
• 攻读硕士学位期间发表论文情况64

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