D-π-A結(jié)構(gòu)的超支化聚合物和線型雙給體有機(jī)染料的合成及光伏性能研究

【摘要】： 本論文介紹了染料敏化太陽能電池(DSSCs)的基本知識(shí),重點(diǎn)綜述了染料敏化劑的研究進(jìn)展。染料敏化劑是影響DSSCs能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素,因此本論文以構(gòu)筑新型結(jié)構(gòu)的染料敏化劑為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計(jì)并合成了一系列具有給體-共軛橋-受體(D-π-A)結(jié)構(gòu)的超支化聚合物和D-D-π-A結(jié)構(gòu)的線型雙給體有機(jī)染料敏化劑。通過核磁共振、紅外光譜、飛行質(zhì)譜等分析測(cè)試手段對(duì)所合成的化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并利用紫外光譜、熒光光譜、循環(huán)伏安等系統(tǒng)地研究了所合成的超支化聚合物和有機(jī)小分子染料的光物理性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)。同時(shí),研究了基于所合成的超支化聚合物和雙給體有機(jī)染料所組裝的染料敏化太陽能電池的光伏性能。本論文獲得的主要研究結(jié)果如下: 1.設(shè)計(jì)并通過A3+B2型Wittig-Horner聚合反應(yīng)合成了三種新型的具有相同的共軛核結(jié)構(gòu)和不同端基的超支化聚合物(H-tpa,H-cya和H-pca),并系統(tǒng)地研究了不同的端基對(duì)超支化聚合物的光物理、電化學(xué)和光伏性能的影響。研究結(jié)果表明在超支化聚合物中引入D-π-A結(jié)構(gòu)有利于分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移和光電流的產(chǎn)生;并且超支化聚合物的三維空間結(jié)構(gòu)可有效抑制其自身在TiO2表面的聚集,降低了激子復(fù)合幾率。在模擬太陽光AM 1.5 G(100 mW/cm2)照射下,基于染料H-pca敏化的太陽能電池表現(xiàn)出最好的光伏性能,其能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了3.93%(Jsc = 8.78 mA/cm2,Voc = 0.65 V,FF = 0.688)。 2.設(shè)計(jì)并合成了三個(gè)具有D-D-π-A結(jié)構(gòu)的線型雙給體有機(jī)小分子染料SD6、SD7和SD8。系統(tǒng)的研究了雙給體型結(jié)構(gòu)對(duì)染料的光物理、電化學(xué)和光伏性能的影響。結(jié)果表明,雙給體型結(jié)構(gòu)可拓寬染料的吸收光譜和提高對(duì)太陽光的吸收能力。三種雙給體染料敏化的太陽能電池均表現(xiàn)出優(yōu)異的光伏性能,其中染料SD6表現(xiàn)出最好的光伏性能,它在427 nm處有最大的IPCE值約為73%,其能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)7.03%(Jsc = 14.25 mA/cm2,Voc = 0.70 V,FF = 0.705)。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 超支化聚合物 合成 染料敏化劑 光伏性能
【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】：2010
【分類號(hào)】：O631.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1 章緒論9-24
• 1.1 引言9
• 1.2 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理9-11
• 1.2.1 DSSCs 的結(jié)構(gòu)9-10
• 1.2.2 DSSCs 的工作原理10-11
• 1.3 染料敏化太陽能電池的性能參數(shù)11-13
• 1.3.1 開路電壓11-12
• 1.3.2 短路電流12
• 1.3.3 最大輸出功率12
• 1.3.4 填充因子12
• 1.3.5 能量轉(zhuǎn)換效率12
• 1.3.6 入射單色光光電轉(zhuǎn)化效率12-13
• 1.4 影響染料敏化太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的因素13-15
• 1.4.1 染料敏化劑13
• 1.4.2 納米Ti0_2 膜13-14
• 1.4.3 電解質(zhì)14
• 1.4.4 對(duì)電極14-15
• 1.5 染料敏化劑的研究進(jìn)展15-23
• 1.5.1 多吡啶釕絡(luò)合物染料15-16
• 1.5.2 卟啉類金屬絡(luò)合物染料16-17
• 1.5.3 不含金屬的有機(jī)染料17-22
• 1.5.4 共軛聚合物染料22-23
• 1.6 論文的設(shè)計(jì)思想與主要研究?jī)?nèi)容23-24
• 第2 章 D-π-A 結(jié)構(gòu)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 實(shí)驗(yàn)部分25-27
• 2.2.1 試劑、實(shí)驗(yàn)儀器及測(cè)試條件25
• 2.2.2 單體和聚合物的合成25-27
• 2.3 結(jié)果與討論27-36
• 2.3.1 單體和聚合物的合成及結(jié)構(gòu)表征27-29
• 2.3.2 超支化聚合物的紫外-可見吸收光譜和熒光光譜29-31
• 2.3.3 超支化聚合物的電化學(xué)性能31-32
• 2.3.4 超支化染料的光伏性能研究32-36
• 2.4 本章小節(jié)36-37
• 第3 章 D-D-π-A 結(jié)構(gòu)的線型雙給體染料的合成和光伏性能研究37-55
• 3.1 引言37-38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分38-42
• 3.2.1 試劑、實(shí)驗(yàn)儀器及測(cè)試條件38-39
• 3.2.2 中間體和目標(biāo)染料的合成39-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-53
• 3.3.1 中間體及目標(biāo)染料的合成及結(jié)構(gòu)表征42-45
• 3.3.2 染料的光物理性質(zhì)45-47
• 3.3.3 染料的電化學(xué)性能47-49
• 3.3.4 染料的光伏性能研究49-52
• 3.3.5 染料分子結(jié)構(gòu)的計(jì)算52-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 總結(jié)與展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-61
• 致謝61-62
• 附錄A 試劑、藥品及其純化方法62-64
• 附錄B 儀器及測(cè)試條件和方法64-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況66

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