D-π-A结构的超支化聚合物和线型双给体有机染料的合成及光伏性能研究

【摘要】： 本论文介绍了染料敏化太阳能电池(DSSCs)的基本知识,重点综述了染料敏化剂的研究进展。染料敏化剂是影响DSSCs能量转换效率的关键因素,因此本论文以构筑新型结构的染料敏化剂为出发点,设计并合成了一系列具有给体-共轭桥-受体(D-π-A)结构的超支化聚合物和D-D-π-A结构的线型双给体有机染料敏化剂。通过核磁共振、红外光谱、飞行质谱等分析测试手段对所合成的化合物的结构进行了表征,并利用紫外光谱、荧光光谱、循环伏安等系统地研究了所合成的超支化聚合物和有机小分子染料的光物理性质和电化学性质。同时,研究了基于所合成的超支化聚合物和双给体有机染料所组装的染料敏化太阳能电池的光伏性能。本论文获得的主要研究结果如下: 1.设计并通过A3+B2型Wittig-Horner聚合反应合成了三种新型的具有相同的共轭核结构和不同端基的超支化聚合物(H-tpa,H-cya和H-pca),并系统地研究了不同的端基对超支化聚合物的光物理、电化学和光伏性能的影响。研究结果表明在超支化聚合物中引入D-π-A结构有利于分子内电荷转移和光电流的产生;并且超支化聚合物的三维空间结构可有效抑制其自身在TiO2表面的聚集,降低了激子复合几率。在模拟太阳光AM 1.5 G(100 mW/cm2)照射下,基于染料H-pca敏化的太阳能电池表现出最好的光伏性能,其能量转换效率达到了3.93%(Jsc = 8.78 mA/cm2,Voc = 0.65 V,FF = 0.688)。 2.设计并合成了三个具有D-D-π-A结构的线型双给体有机小分子染料SD6、SD7和SD8。系统的研究了双给体型结构对染料的光物理、电化学和光伏性能的影响。结果表明,双给体型结构可拓宽染料的吸收光谱和提高对太阳光的吸收能力。三种双给体染料敏化的太阳能电池均表现出优异的光伏性能,其中染料SD6表现出最好的光伏性能,它在427 nm处有最大的IPCE值约为73%,其能量转换效率高达7.03%(Jsc = 14.25 mA/cm2,Voc = 0.70 V,FF = 0.705)。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 超支化聚合物 合成 染料敏化剂 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】：2010
【分类号】：O631.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1 章绪论9-24
• 1.1 引言9
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理9-11
• 1.2.1 DSSCs 的结构9-10
• 1.2.2 DSSCs 的工作原理10-11
• 1.3 染料敏化太阳能电池的性能参数11-13
• 1.3.1 开路电压11-12
• 1.3.2 短路电流12
• 1.3.3 最大输出功率12
• 1.3.4 填充因子12
• 1.3.5 能量转换效率12
• 1.3.6 入射单色光光电转化效率12-13
• 1.4 影响染料敏化太阳能电池能量转换效率的因素13-15
• 1.4.1 染料敏化剂13
• 1.4.2 纳米Ti0_2 膜13-14
• 1.4.3 电解质14
• 1.4.4 对电极14-15
• 1.5 染料敏化剂的研究进展15-23
• 1.5.1 多吡啶钌络合物染料15-16
• 1.5.2 卟啉类金属络合物染料16-17
• 1.5.3 不含金属的有机染料17-22
• 1.5.4 共轭聚合物染料22-23
• 1.6 论文的设计思想与主要研究内容23-24
• 第2 章 D-π-A 结构的超支化聚合物的合成和光伏性能研究24-37
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-27
• 2.2.1 试剂、实验仪器及测试条件25
• 2.2.2 单体和聚合物的合成25-27
• 2.3 结果与讨论27-36
• 2.3.1 单体和聚合物的合成及结构表征27-29
• 2.3.2 超支化聚合物的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱29-31
• 2.3.3 超支化聚合物的电化学性能31-32
• 2.3.4 超支化染料的光伏性能研究32-36
• 2.4 本章小节36-37
• 第3 章 D-D-π-A 结构的线型双给体染料的合成和光伏性能研究37-55
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验部分38-42
• 3.2.1 试剂、实验仪器及测试条件38-39
• 3.2.2 中间体和目标染料的合成39-42
• 3.3 结果与讨论42-53
• 3.3.1 中间体及目标染料的合成及结构表征42-45
• 3.3.2 染料的光物理性质45-47
• 3.3.3 染料的电化学性能47-49
• 3.3.4 染料的光伏性能研究49-52
• 3.3.5 染料分子结构的计算52-53
• 3.4 本章小结53-55
• 总结与展望55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62
• 附录A 试剂、药品及其纯化方法62-64
• 附录B 仪器及测试条件和方法64-66
• 攻读硕士学位期间发表论文情况66

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