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D-π-A型聚合金属配合物光敏染料的合成及光伏性能

作　者: 修倩
导　师: 钟超凡
学　校: 湘潭大学
专　业: 应用化学
关键词: 聚合金属配合物 芴乙烯 苯乙烯 染料敏化电池 D-π-A有机光敏染料
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


太阳能作为一种清洁无污染且取之不尽、用之不竭的可再生能源日益受到人们的广泛关注,染料敏化太阳能电池具有高效率、低成本、易组装等技术优势,因而成为近年来太阳能光电转换领域的研究热点。目前普遍使用的光敏染料为金属钌吡啶配合物,然而贵金属钌的引入使得成本增高,并且严重污染环境。聚合金属配合物染料不仅具有有机高分子材料所具有的特性,同时因为结构中无机金属的存在,从而可以通过配位键和d-π反馈π键调控能隙宽度。因此,聚合金属配合物染料与配合物染料相比,具有的良好的光、热稳定性和吸收光谱范围宽的优点,在光学、电学等方面都表现出独特的性能。本课题设计合成了含有D-π-A结构的聚合金属配合物染料,由于D-π-A体系能够加强电子推拉能力,不仅可以有效地拓宽染料分子的光谱响应范围,而且还可以实现染料激发态时的电荷有效分离。我们通过一系列测试手段(例如红外光谱、核磁共振和元素分析)对材料的结构进行了表征,并分别探讨了中心金属离子是Co(Ⅱ), Ni(Ⅱ), Cd(Ⅱ)时对材料性质的影响；同时通过热重分析和玻璃化转变温度测试了其热稳定性；利用紫外光谱、荧光光谱、循环伏安法研究了光物理性质和电化学性质,并测试了它们的光伏性能。主要研究结果如下：1、通过在含有噻吩和苯乙撑或芴乙烯的主链中引入8-羟基喹啉的Cd(Ⅱ)配合物,设计合成了给体-连接桥-受体(D-π-A)结构的主链型聚合金属配合物染料B8QMEHP-Cd(Ⅱ), B8QF-Cd(Ⅱ)和B8QP-Cd(Ⅱ),并将其应用于染料敏化太阳能电池。研究发现长烷基链的引入改善了聚合金属配合物的溶解性,B8QMEHP-Cd(Ⅱ)支链中甲氧基的加入能够提高电池短路光电流,其光电转换效率为1.77%高于B8QF-Cd(Ⅱ)(1.48%)和B8QP-Cd(Ⅱ)(1.57%)。2、设计合成以噻吩和苯乙烯撑或芴乙烯作为给体(D),金属配合物作为受体(A),碳碳双键为π连接桥的支链型共轭聚合金属配合物PCo-F、PCo-B、PNi-F和PNi-B,并将其应用于染料敏化太阳能电池,其能量转换效率分别为0.96%,1.01%,1.00%和1.21%。研究发现所合成的支链型含有Co(Ⅱ)金属配合物和Ni(Ⅱ)金属配合物的聚合物比我们之前在实验室中通过Yamamoto偶合得到的支链型含有Eu(Ⅲ)金属配合物的聚合物具有更好的溶解度,并有相近的能量转化效率,这为用过渡金属代替贵金属的研究提供了一个可能性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-26
  1.1 引言  8-9
  1.2 太阳能电池的定义和发展  9-10
  1.3 有机太阳能电池  10-16
    1.3.1 有机太阳能电池的定义  10-11
    1.3.2 异质结聚合物太阳能电池  11-12
    1.3.3 电子给体材料  12-15
    1.3.4 电子受体材料  15-16
  1.4 染料敏化纳米晶太阳能电池  16-21
    1.4.1 染料敏化纳米晶太阳能电池发展进展  16
    1.4.2 染料敏化纳米晶太阳能电池的基本结构  16-17
    1.4.3 染料敏化纳米晶太阳能电池的工作原理  17-18
    1.4.4 染料敏化纳米晶太阳能电池的性能参数  18-21
  1.5 光敏染料  21-23
    1.5.1 有机光敏染料  21
    1.5.2 金属配合物光敏染料  21-23
  1.6 聚合金属配合物的研究进展与应用  23-24
    1.6.1 主链型聚合金属配合物  23-24
    1.6.2 支链型聚合金属配合物  24
  1.7 论文的设计思想与研究内容  24-26
第2章 实验方法及测试原理  26-31
  2.1 主要实验试剂及实验仪器  26-28
    2.1.1 主要试剂  26-27
    2.1.2 主要仪器及测试条件  27-28
  2.2 材料的结构分析与表征  28-29
    2.2.1 核磁共振测试(~1H-NMR)  28
    2.2.2 红外光谱测试(IR)  28-29
    2.2.3 紫外-可见光谱测试(UV-vis)  29
    2.2.4 循环伏安测试(CV)  29
  2.3 聚合金属配合物/TiO_2染料敏化太阳能电池体系的制作  29-31
第3章 主链型D-π-A结构含苯乙烯和芴乙烯的聚合金属配合物光敏染料的合成与应用  31-53
  3.1 引言  31-32
  3.2 实验部分  32-45
    3.2.1 主链型聚合金属配合物的的合成  32-45
  3.3 结果与讨论  45-52
    3.3.1 配体和主链型聚合金属配合物的表征  45-47
    3.3.2 主链型聚合金属配合物的热性能  47-48
    3.3.3 主链型聚合金属配合物的紫外-可见吸收及荧光性能  48-50
    3.3.4 主链型聚合金属配合物的电化学测试及分析  50-51
    3.3.5 主链型聚合金属配合物的光伏性能  51-52
  3.4 本章小节  52-53
第4章 支链型含8-羟基喹啉的D-π-A型聚合金属配合物光敏染料的合成与应用  53-66
  4.1 引言  53-54
  4.2 实验部分  54-58
    4.2.1 配合物和支链型聚合金属配合物的合成  54-58
  4.3 结果与讨论  58-65
    4.3.1 配体和支链型聚合金属配合物的表征  58-60
    4.3.2 支链型聚合金属配合物的热性能  60-61
    4.3.3 支链型聚合金属配合物的紫外-可见吸收和荧光性能  61-63
    4.3.4 支链型聚合金属配合物的电化学性能  63-64
    4.3.5 支链型聚合金属配合物的光伏性能  64-65
  4.4 本章小结  65-66
第5章 总结与展望  66-68
参考文献  68-75
致谢  75-76
个人简历  76-77
攻读硕士学位期间发表论文情况  77

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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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