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含D-A卟啉的聚合物和三苯胺类有机染料的合成及光伏性能研究

作　者: 邓利军
导　师: 谭松庭
学　校: 湘潭大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚合物太阳能电池 染料敏化太阳能电池 D-A卟啉 三苯胺 苯并二噻唑
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


太阳能占地球能量的99%以上，具有取之不尽、用之不竭、没有污染等特点，太阳能电池已经成为世界上研究和开发的热点。与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池由于具有成本低廉、工艺简单、结构可自行设计、大面积柔性器件等特点受到了越来越多的关注。但是，有机太阳能电池的能量转换效率还比较低，与实际应用还有一段的距离。为了更好的研究和开发有机太阳能电池材料，提高电池的能量转换效率，我们合成了新型卟啉类聚合物和三苯胺类染料敏化剂，通过核磁共振谱、红外光谱、飞行质谱等表征手段对中间产物以及目标产物进行了结构确认；同时利用紫外可见吸收光谱、循环伏安等测试方法系统地研究了目标聚合物和染料的光物理性质和电化学性质。此外，我们还研究了基于卟啉类聚合物和三苯胺类衍生物所制备的太阳能电池的光伏性能，主要得到如下研究结果：1．合成了一种新型的D-A卟啉衍生物，通过核磁共振氢谱和碳谱、质谱分析对化合物进行了结构的表征和确认。合成了两种基于新型的D-A卟啉的聚合物P1和P2，并且应用于本体异质结太阳能电池。我们研究了聚合物的热性能、光物理性能、电化学性质及光伏性能。实验结果表明：二噻吩苯并二噻唑基团的引入有效的扩宽了卟啉聚合物的吸收光谱，降低了能隙，提高了电荷传输性能。基于卟啉聚合物/PCBM本体异质结光伏器件的测试结果表明，在模拟太阳光条件下，P1和P2的能量转换效率分别达到了0.32%和1.26%。2．通过一系列有机反应，如Wittig-Horner反应、Vilsmeier-Haack反应、Suzuki偶联和Stille偶联反应，合成了两种新型的三苯胺类衍生物DD1和DD2，并且通过核磁共振氢谱和碳谱、红外光谱、质谱分析对它们的结构进行了表征和确认。我们研究了DD1和DD2的光物理性能，其中DD2具有较高的摩尔吸光系数6.5×104M-1cm-1。针对DD1和DD2不同的结构特征和化学性质，分别组装成小分子本体异质结太阳能电池和染料敏化剂的染料敏化太阳能电池。基于DD1的小分子本体异质结太阳能电池器件，在模拟太阳光条件下，其能量转换效率为0.96%（Voc=0.66V，Jsc=5.06mA/cm2，FF=0.29）；以DD2为染料敏化剂的染料敏化太阳能电池，在模拟太阳光条件下，经过共敏化剂CDCA优化的能量转换效率达到了5.56%（Voc=0.64V，Jsc=12.20mA/cm2，FF=0.71）。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 文献综述  8-23
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 聚合物太阳能电池(PSCs)的研究进展  9-18
    1.2.1 有机/聚合物太阳能电池的器件结构  9-10
    1.2.2 有机/聚合物太阳能电池工作原理  10-11
    1.2.3 有机太阳能电池主要的性能参数  11-13
    1.2.4 聚合物太阳能电池材料  13-18
  1.3 染料敏化太阳能电池（DSSCs）进展  18-21
    1.3.1 染料敏化太阳能电池（DSSCs）的结构  18
    1.3.2 染料敏化太阳能电池的工作原理  18-19
    1.3.3 染料光敏化剂  19-21
  1.4 论文的设计思想与研究内容  21-23
第2章 D-A卟啉的聚合物合成及光伏性能研究  23-37
  2.1 引言  23-24
  2.2 实验部分  24-30
    2.2.1 试剂和仪器  24
    2.2.2 单体和聚合物的合成  24-30
  2.3 结果与讨论  30-36
    2.3.1 实验过程中反应条件研究  30-31
    2.3.2 聚合物的热性能  31
    2.3.3 聚合物的光物理性能  31-34
    2.3.4 聚合物的电化学性能  34-35
    2.3.5 聚合物的光伏性能  35-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章 含二噻吩苯并噻二唑侧链的三苯胺衍生物的合成与光伏性能研究  37-56
  3.1 引言  37-38
  3.2 实验部分  38-43
    3.2.1 试剂和仪器  38
    3.2.2 合成路线  38-43
  3.3 结果与讨论  43-55
    3.3.1 合成路线的设计  43-50
    3.3.2 光物理性能  50-52
    3.3.3 电化学性能  52
    3.3.4 光伏性能  52-55
  3.4 本章小结  55-56
总结与展望  56-57
参考文献  57-63
致谢  63-64
附录  64-67
攻读硕士学位期间发表论文情况  67

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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