含苯并二噻吩的新型聚合金屬配合物染料的合成及光伏性能研究

【摘要】：相比于傳統(tǒng)的無機(jī)太陽能電池,染料敏化太陽能電池由于其具有低成本、高效率和綠色環(huán)保等優(yōu)勢,成為了近年來光伏領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉粗弧Ｔ谶@類電池中,染料敏化劑作為其關(guān)鍵組成部分,在捕獲太陽能和產(chǎn)生電荷方面起著重要的作用。在目前已報(bào)道的染料敏化劑中,要屬含貴金屬釕多吡啶染料敏化劑性能最好,然而其來源短缺、生產(chǎn)成本高且難以凈化,使得其廣泛應(yīng)用受到了限制。相比之下,由價(jià)格低廉且來源廣泛的過渡金屬元素組成的聚合金屬配合物光敏化劑由于具有結(jié)構(gòu)多樣、易設(shè)計(jì)合成、熱穩(wěn)定性好且成本低等優(yōu)點(diǎn),有望成為新一類具有發(fā)展前景的敏化劑被應(yīng)用到染料敏化太陽能電池中,成為目前研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn),代表了今后染料的發(fā)展方向,故設(shè)計(jì)合成用于替代釕基染料的聚合金屬配合物染料敏化劑具有重要的理論和實(shí)際意義。在本論文中設(shè)計(jì)合成了兩類新型的吸光性能優(yōu)良、高熱穩(wěn)定性的聚合金屬配合物染料,內(nèi)容如下:1.分別以苯并二噻吩和對苯二酚衍生物作為給體,噻吩乙烯基作為π橋和含鋅與鎘的8-羥基喹啉金屬配合物作為受體,通過Yamamoto聚合反應(yīng)設(shè)計(jì)合成了四種新型的D-π-A型聚合金屬配合物染料,表征并分析測試了它們作為染料敏化劑的光伏性能。結(jié)果表明,四種聚合金屬配合物有著良好的熱穩(wěn)定性,基本上能夠滿足太陽能電池光伏器件制作的要求,基于四種聚合金屬配合物(P1、P2、P3和P4)在DSSCs中表現(xiàn)的光電效率分別為2.34%、2.46%、1.51%和1.65%,其中聚合物(P1、P2)的光電轉(zhuǎn)換效率要相應(yīng)的高于聚合物(P3、P4),這主要是由于苯并二噻吩衍生物的給電子能力比對苯二酚衍生物強(qiáng)。2.分別以芴、4,8-二辛氧基苯并二噻吩和1,4-二辛氧基苯作為給體,碳碳雙鍵作為π橋和8-羥基喹啉的金屬配合物作為受體,設(shè)計(jì)合成了四種新型的D-D-π-A型聚合金屬配合物染料,表征并分析測試了它們作為染料敏化劑的光伏性能。結(jié)果表明,四種新型的聚合金屬配合物有著良好的熱穩(wěn)定性,其中P1、P2、P3和P4在DSSCs中表現(xiàn)的光電效率分別為2.38%、2.62%、1.53%和1.72%,而且以鎘配位的聚合物要比以鋅配位的聚合物的光伏性能好。結(jié)果表明,兩種系列的聚合金屬配合物染料都具有一定的光伏性能和高的熱穩(wěn)定性,雖然這與傳統(tǒng)的釕吡啶配合物染料敏化劑相比,其能量轉(zhuǎn)換效率還有待提高,但作為一類新型的染料敏化劑,具有良好的發(fā)展?jié)摿Α? 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 染料敏化劑 聚合金屬配合物 苯并二噻吩衍生物 8-羥基喹啉
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O641.4;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-28
• 1.1 論文研究課題起源9-12
• 1.2 染料敏化太陽能電池（DSSCs）的基本概況12-17
• 1.2.1 DSSCs的簡介12-13
• 1.2.2 DSSCs的結(jié)構(gòu)13
• 1.2.3 DSSCs的工作原理13-15
• 1.2.4 衡量DSSCs的性能參數(shù)15-17
• 1.3 影響DSSCs性能的因素17-20
• 1.3.1 染料敏化劑17-18
• 1.3.2 納米二氧化鈦膜18-19
• 1.3.3 電解質(zhì)19-20
• 1.3.4 對電極20
• 1.4 DSSCs中染料敏化劑的研究進(jìn)展20-25
• 1.4.1 金屬配合物染料敏化劑20-24
• 1.4.2 含苯并二噻吩（BDT）有機(jī)染料敏化劑24-25
• 1.5 聚合金屬配合物染料敏化劑25-27
• 1.5.1 聚合金屬配合物的簡介25-26
• 1.5.2 聚合金屬配合物的應(yīng)用26-27
• 1.6 本論文的選題依據(jù)與研究內(nèi)容27-28
• 第2章 實(shí)驗(yàn)所需藥品及測試方法28-32
• 2.1 主要實(shí)驗(yàn)藥品及原料28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)主要測試儀器及方法29-31
• 2.3 DSSCs的器件制作方法31-32
• 第3章 含苯并二噻吩衍生物的D-π-A型聚合金屬配合物染料的合成及光伏性能研究32-49
• 3.1 引言32-33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分33-40
• 3.2.1 反應(yīng)中間體的合成34-38
• 3.2.2 配合物（C1, C2）及聚合金屬配合物（P1-P4）合成38-40
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論40-48
• 3.3.1 反應(yīng)中間體及聚合金屬配合物（P1-P4）的表征與分析40-42
• 3.3.2 聚合金屬配合物（P1-P4）熱性能分析42-43
• 3.3.3 聚合金屬配合物（P1-P4）光學(xué)性能分析43-44
• 3.3.4 聚合金屬配合物（P1-P4）電化學(xué)性能分析44-46
• 3.3.5 聚合金屬配合物（P1-P4）光伏性能分析46-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第4章 含苯并二噻吩和 8-羥基喹啉衍生物的D-D-π-A型聚合金屬配合物染料的合成及光伏性能研究49-64
• 4.1 引言49-50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分50-55
• 4.2.1 反應(yīng)前驅(qū)體的合成50-53
• 4.2.2 配合物及聚合金屬配合物的合成53-55
• 4.3 結(jié)果與討論55-62
• 4.3.1 反應(yīng)中間體及聚合金屬配合物的表征分析55-57
• 4.3.2 聚合金屬配合物的熱性能分析57-58
• 4.3.3 聚合金屬配合物的光學(xué)性能分析58-59
• 4.3.4 聚合金屬配合物的電化學(xué)性能分析59-61
• 4.3.5 聚合金屬配合物的光伏性能分析61-62
• 4.4 本章小結(jié)62-64
• 第5章 總結(jié)與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-73
• 致謝73-74
• 個(gè)人簡歷74-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況75

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