基于噻吩吡咯二酮功能有機(jī)太陽能電池材料的合成與性能研究

【摘要】：本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池以交聯(lián)的聚合物或小分子為給體，聚芴為受體的模式成功提供了一種高效、廉價(jià)轉(zhuǎn)換太陽能效率的途徑。窄帶隙的D-A共軛分子在主鏈上引入給電子D單元和吸電子A單元成為本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池最重要的給體。為了提高太陽能轉(zhuǎn)化效率，注意力集中在設(shè)計(jì)窄帶隙聚合物或分子結(jié)構(gòu)來增大短路電流，同時(shí)降低最高占據(jù)能級(jí)軌道來增加開路電壓。高吸光系數(shù)的染料敏化太陽能電池（DSSC）由于高效一直在光伏行業(yè)備受矚目。在D-π-A結(jié)構(gòu)的染料中，受體主要是氰基乙酸、繞丹寧等，此結(jié)構(gòu)能促進(jìn)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移，適用于高效DSSC器件。具體研究?jī)?nèi)容如下： 1.通過Sonogashira和Stille聚合分別合成出含噻吩吡咯二酮單元的聚合物P1、P2，并對(duì)它們的光電性能、熱性能和光伏性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明鉑炔聚合物P1具有更好的熱穩(wěn)定性和成膜性，Pt的引入提高了器件的短路電流和開路電壓，因此P1的器件效率（0.65%）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于P2（0.0088%）的效率。 2.以咔唑?yàn)榻o體，苯并噻二唑?yàn)榈氖荏w的A-D-A型小分子S1-S4，通過調(diào)整主鏈噻吩上有無烷基鏈和端基做對(duì)比。結(jié)果表明四種目標(biāo)小分子的光學(xué)和化學(xué)帶隙均屬于窄帶隙，S3（0.35%）的效率最高，它具有最高的0.78V的開路電壓，是因?yàn)镾3同時(shí)引入了烷基鏈和強(qiáng)吸電子端基雙氰基，改善了它的溶解性和成膜性，拓寬了光譜吸收。 3. D-π-A結(jié)構(gòu)的染料D1和D2含有相同的噻吩吡咯二酮為π橋的主鏈但是端基分別為氰基乙酸和2-（1，1-雙氰基）繞丹寧。測(cè)試表明2-（1，1-雙氰基）繞丹寧相比氰基乙酸可以拓寬光譜吸收，而且摩爾吸光系數(shù)更大，HOMO能級(jí)得到優(yōu)化，兩者的光化學(xué)帶隙分別為1.93eV、1.86eV，電化學(xué)帶隙分別為1.61eV、1.58eV。 【關(guān)鍵詞】：本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池 鉑炔聚合物 噻吩吡咯二酮 染料敏化太陽能電池 繞丹寧
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4;O626
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文獻(xiàn)綜述9-28
• 1.1 引言9
• 1.2 有機(jī)太陽能電池簡(jiǎn)介9-12
• 1.2.1 有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)9-10
• 1.2.2 有機(jī)太陽能電池的工作原理10-11
• 1.2.3 有機(jī)太陽能電池的性能參數(shù)11-12
• 1.3 有機(jī)太陽能電池材料12-24
• 1.3.1 有機(jī)太陽能電池的受體材料12-13
• 1.3.2 聚合物給體材料13-19
• 1.3.3 小分子給體材料19-24
• 1.4 染料敏化太陽能電池(DSSCs)結(jié)構(gòu)和工作原理24-26
• 1.5 論文的設(shè)計(jì)思想和研究?jī)?nèi)容26-28
• 第2章 以噻吩吡咯二酮為基的聚合物及咔唑小分子的合成與性能研究28-54
• 2.1 引言28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑、測(cè)試手段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 聚合物的結(jié)構(gòu)表征35-36
• 2.3.3 聚合物的熱性能36
• 2.3.4 聚合物的光物理性能36-38
• 2.3.5 聚合物的電化學(xué)性能38-39
• 2.3.6 聚合物的光伏性能39-40
• 2.4 基于咔唑單元小分子的合成和表征40-52
• 2.4.1 目標(biāo)小分子的合成40-48
• 2.4.2 目標(biāo)小分子的結(jié)構(gòu)表征48-49
• 2.4.3 目標(biāo)小分子的熱性能49-50
• 2.4.4 目標(biāo)小分子的光物理性能50-51
• 2.4.5 目標(biāo)小分子的電化學(xué)性能51-52
• 2.4.6 目標(biāo)小分子的光伏性能52
• 2.5 小結(jié)52-54
• 第3章 以噻吩吡咯二酮和三苯胺為基的 D-π-A 型染料的合成及性能研究54-64
• 3.1 引言54
• 3.2 實(shí)驗(yàn)試劑、測(cè)試手段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 染料的結(jié)構(gòu)表征60
• 3.3.3 染料的光物理性能60-61
• 3.3.4 染料的電化學(xué)性能61-62
• 3.4 本章小結(jié)62-64
• 總結(jié)64-65
• 參考文獻(xiàn)65-72
• 附錄 A 試劑、藥品及處理方法72-74
• 附錄 B 儀器、測(cè)試條件及方法74-75
• 致謝75

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