含喹啉、咔唑衍生物有機(jī)光伏材料的設(shè)計合成與性能研究

【摘要】：有機(jī)太陽能電池(OPVs),相比于傳統(tǒng)太陽能電池,其生產(chǎn)成本低,易于制備,性能良好和于環(huán)境友好等優(yōu)點使其能得到了廣泛的關(guān)注。染料敏化太陽能電池(DSSCs)和聚合物太陽能電池(PSCs)被認(rèn)為是OPVs中最有發(fā)展前景的電池。為了進(jìn)一步提高電池的性能,獲得較高的光電轉(zhuǎn)化效率,研究者們需要合成新型染料和聚合物,并深入地了解其結(jié)構(gòu)與其性能之間的關(guān)系。最近,以喹啉及其衍生物,咔唑及其衍生物和卟啉的聚合物和小分子逐漸受到重視。喹啉擁有兩個對稱的不飽和氮原子,電子吸收能力強(qiáng),常被用作電子受體材料。咔唑上共軛體系大且傳輸載流子能力強(qiáng),光學(xué)性能優(yōu)異,非常適合作為空穴傳輸材料。卟啉擁有很大的共軛平面結(jié)構(gòu),適合傳輸電子。本文設(shè)計合成這三種基團(tuán)為基的新型染料和聚合物并將其應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池,具體開展了如下幾個方面的工作:1,設(shè)計合成了兩個以卟啉為基的聚合物(P1和P2)并對其進(jìn)行了各種性能的測試。這兩個聚合物表現(xiàn)出良好的溶解性和優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性(熱失重5%時溫度都在400℃以上)。苝基團(tuán)的加入使聚合物的吸收光譜拓寬到800 nm。P1和P2的光學(xué)帶隙分別為1.92 eV和1.56 eV.2,設(shè)計合成與表征了一系列以喹啉衍生物的染料小分子(D1-D3)。通過在噻吩基團(tuán)上引入原子橋來使分子不易發(fā)生扭轉(zhuǎn)。這些染料分子都有相對不錯的溶解性,在400-700 nm之間都有較強(qiáng)的光譜吸收。3,設(shè)計合成了四個以咔唑衍生物為基的染料小分子(D4-D7)。通過苯基團(tuán)和噻吩基團(tuán)相互替換來研究基團(tuán)對染料性能的影響。通過改變咔唑基團(tuán)和苯并噻二唑的位置研究分子間基團(tuán)結(jié)合方式對染料性能的影響。這些染料溶解性優(yōu)秀,在400-650 nm之間有較好的光譜吸收。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池(DSSCs) 聚合物太陽能電池(PSCs)喹啉 卟啉
【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】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-24
• 1.1 太陽能電池8-9
• 1.2 有機(jī)太陽能電池9-13
• 1.2.1 聚合物太陽能電池10-12
• 1.2.2 共軛聚合物太陽能電池的材料12-13
• 1.3 染料敏化太陽能電池13-22
• 1.3.1 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理14-17
• 1.3.2 染料敏化太陽能電池的發(fā)展17-21
• 1.3.3 染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)概況21-22
• 1.4 論文的設(shè)計思想和研究內(nèi)容22-24
• 第2章 基于卟啉衍生物的聚合物的設(shè)計合成及性能研究24-41
• 2.1 引言24
• 2.2 實驗部分24-35
• 2.2.1 實驗試劑、測試條件及方法24-25
• 2.2.2 聚合物P1和P2的合成25-35
• 2.3 結(jié)果與討論35-40
• 2.3.1 聚合物P1和P2的結(jié)構(gòu)表征35
• 2.3.2 聚合物P1，P2的熱穩(wěn)定性能35-36
• 2.3.3 聚合物P1，P2的光學(xué)性能36-38
• 2.3.4 聚合物P1，P2的電化學(xué)性能38-39
• 2.3.5 聚合物P1、P2的光伏性能39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第3章 基于喹啉衍生物D-π-A型染料的合成與表征41-53
• 3.1 引言41-42
• 3.2 實驗部分42-49
• 3.2.1 實驗試劑、測試條件及方法42
• 3.2.2 染料D1-D3的合成42-49
• 3.3 結(jié)果與討論49-52
• 3.3.1 染料敏化劑D1-D3光學(xué)性能49-50
• 3.3.2 染料D1-D3的電化學(xué)性能50-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第4章 基于咔唑衍生物染料的合成與表征53-64
• 4.1 引言53-54
• 4.2 實驗部分54-60
• 4.2.1 實驗試劑、測試條件及方法54
• 4.2.2 染料D4-D7的合54-60
• 4.3 結(jié)果與討論60-63
• 4.3.1 染料敏化劑D4-D7光學(xué)性能60-62
• 4.3.2 染料敏化劑D4-D7電化學(xué)性能62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 總結(jié)與展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 致謝71-72
• 附錄A 試劑、藥品及處理方法72-74
• 附錄B 儀器、測試條件及方法74

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