含三苯胺、苯并噻二唑聚苯乙烯撑衍生物和三苯胺有机染料的合成及光伏性能研究

论文摘要

本论文对聚合物太阳能电池材料和染料敏化太阳能电池材料及器件的研究进展进行系统的综述。为了拓宽给体材料的吸收光谱、提高其空穴迁移率,设计并合成一种主链含低能隙单元,侧链含三苯胺的PPV类共轭共聚物材料,同时还合成了几种给体-π桥-受体（D-π-A）型有机小分子染料。对所合成的化合物我们利用红外光谱、飞行质谱和核磁共振等手段的结构进行了表征,并利用荧光光谱、紫外光谱研究了所合成的共聚物和有机小分子染料的光物理性质,采用循环伏安法和电化学阻抗方法研究了它们的电化学性质,同时测试了基于所合成共聚物和有机小分子染料组装成的太阳能电池的能量转换效率。主要的研究内容如下：1.设计并合成了一种侧链带三苯胺,主链含苯并噻二唑低能隙单元的三元共聚物P2,研究了主链中低能隙单元对共聚物的光物理、电化学、热稳定性和光伏性质的影响。结果表明,低能隙单元的引入可以降低共聚物的能隙；另一方面,由于共轭长度增加,拓宽了共聚物的吸收光谱。基于P2的共聚物/PCBM本体异质结太阳能电池的能量转化效率为0.83%,是不含低能隙单元的共聚物P1的3倍。2.设计合成了三种三苯胺类D-π-A型纯有机染料敏化剂H1,H2和H3,分别以甲基三苯胺为电子给体,烷基或烷氧基取代噻吩为π共轭桥,氰基乙酸为电子受体。主要研究了噻吩π共轭桥上不同的取代基对染料分子光物理、电化学及光伏性能的影响。三种染料均具有较好的光伏性能,其中以甲基噻吩为π共轭桥的染料H1具有最高的能量转换效率9.10%（Voc=0.72 V,Jsc=18.03 mA cm-2,FF=0.70）。这一染料有望成为制备简便、成本低廉、性能高效有机小分子染料敏化剂应用于染料敏化太阳能电池。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 有机太阳能电池简介
• 1.2.1 PSCs器件原理和结构
• 1.2.2 影响聚合物太阳能电池效率的主要因素
• 1.2.3 DSSCs的器件结构和原理
• 1.2.4 影响染料敏化太阳能电池能量转换效率的主要因素
• 1.3 有机太阳能电池的性能参数
• 1.3.1 J-V特性曲线
• 1.3.2 有机太阳能电池的性能表征参数
• 1.4 共轭聚合物太阳能电池材料
• 1.4.1 共轭聚合物太阳能电池给体材料
• 1.4.2 聚合物太阳能电池电子受体材料
• 1.5 染料敏化太阳能电池材料
• 1.5.1 金属配合物染料
• 1.5.2 纯有机染料
• 1.6 论文的设计思想与研究内容
• 第2章 含三苯胺侧基和低能隙单元的PPV类三元共聚物的合成与性质研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂、药品及测量条件和测量方法
• 2.2.2 单体和共聚物的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 中间体、单体及共聚物的合成与结构表征
• 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 共聚物的光伏性质
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于不同取代基的噻吩-三苯胺染料敏化剂的合成与光伏性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂及测量条件和方法
• 3.2.2 中间体和目标染料的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 染料的合成
• 3.3.2 染料的光物理性质
• 3.3.3 染料的电化学性质
• 3.3.4 染料的光伏性能
• 3.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录A 试剂、药品及其纯化方法
• 附录B 仪器及测试条件和方法
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况