含噁二唑的聚噻吩衍生物和不同给体的光伏材料合成及性能研究

论文摘要

本论文介绍了本体异质结太阳能电池电子给体材料和染料光敏化剂的研究进展。太阳能电池中电子给体材料的吸收光谱、载流子迁移率是影响其能量转换效率的关键因素,因此本论文以拓宽和增强给体材料的吸收光谱、提高其载流子迁移率为出发点,设计并合成了一系列共轭聚合物光伏材料和给体-连接桥-受体（D-π-A）型有机小分子染料。利用红外光谱、核磁共振等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、循环伏安法研究了聚合物和有机小分子染料的光物理性质和电化学性质,同时测试了所合成的聚合物和有机小分子染料组装成的太阳能电池的光伏性能。其主要研究内容如下:1.设计并通过Suzuki反应合成了三种芴与噻吩衍生物的交替共聚物P1、P2和P3,并主要研究了噁二唑侧链对共聚物的热稳定性、光物理、电化学和光伏性质的影响。研究结果表明噁二唑对电子的注入和传输性能有很重要的影响。基于共聚物/PCBM本体异质结太阳能电池器件的测试结果表明,所合成的三种聚合物的能量转换效率分别为0.62%、0.03%和1.49%。2.设计并合成了三种分别以三芳胺衍生物和9-辛基咔唑为电子给体,2-乙烯基-3-己基噻吩为π-共轭体系和氰基乙酸为电子受体的非金属有机小分子染料D1、D2和D3。并研究了不同的电子给体对染料的光物理、电化学和光伏性质的影响。基于染料D2的染料敏化太阳能电池（DSSCs）的研究结果表明溶剂的优化对其能量转换效率（PCE）有重要的影响。采用乙腈作溶剂时,其PCE最高达到6.72% （Jsc = 13.93 mA/cm2, Voc = 0.71 V, FF = 0.679）,这表明染料D2在染料敏化太阳能电池中有着较好的潜在的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 聚合物太阳能电池（PSCs） 的研究进展
• 1.2.1 聚合物太阳能电池的器件结构
• 1.2.2 影响聚合物太阳能电池能量转换效率的因素
• 1.2.3 本体异质结聚合物太阳能电池常见的光伏材料
• 1.2.3.1 本体异质结太阳能电池电子给体材料
• 1.2.3.2 本体异质结太阳能电池电子受体材料
• 1.3 染料敏化太阳能电池（DSSCs） 的研究进展
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理
• 1.3.2 影响染料敏化太阳能电池能量转换效率的因素
• 1.3.3 染料敏化剂的研究进展
• 1.3.3.1 多吡啶钌络合物染料
• 1.3.3.2 卟啉及其金属配合物染料
• 1.3.3.3 不含金属的有机染料
• 1.4 论文的设计思想与研究内容
• 第2章 含噁二唑侧基噻吩衍生物与芴共聚物的合成和光伏性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器和试剂
• 2.2.2 单体和聚合物的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 单体和聚合物的合成及结构表征
• 2.3.2 共聚物的热性能
• 2.3.3 共聚物的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱
• 2.3.4 共聚物的电化学性能
• 2.3.5 共聚物的光伏性能
• 2.4 本章小节
• 第3章 含不同给体的 D-π-A 型有机染料的合成和光伏性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 中间体和目标染料的合成
• 3.2.3 染料的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测试
• 3.2.4 染料的电化学性能测试
• 3.2.5 染料敏化太阳能电池光伏性能的测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 合成路线的设计
• 3.3.2 染料的光物理性质
• 3.3.3 染料的电化学性能
• 3.3.4 染料溶剂的优化
• 3.3.5 染料的光伏性能研究
• 3.3.6 染料分子结构的计算
• 3.4 本章小节
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读硕士学位期间发表论文目录）