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D-π-A结构的超支化聚合物和线型双给体有机染料的合成及光伏性能研究

作　者: 唐宇华
导　师: 谭松庭
学　校: 湘潭大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 染料敏化太阳能电池 超支化聚合物 合成 染料敏化剂 光伏性能
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本论文介绍了染料敏化太阳能电池(DSSCs)的基本知识,重点综述了染料敏化剂的研究进展。染料敏化剂是影响DSSCs能量转换效率的关键因素,因此本论文以构筑新型结构的染料敏化剂为出发点,设计并合成了一系列具有给体-共轭桥-受体(D-π-A)结构的超支化聚合物和D-D-π-A结构的线型双给体有机染料敏化剂。通过核磁共振、红外光谱、飞行质谱等分析测试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、循环伏安等系统地研究了所合成的超支化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,研究了基于所合成的超支化聚合物和双给体有机染料所组装的染料敏化太阳能电池的光伏性能。本论文获得的主要研究结果如下:1.设计并通过A3+B2型Wittig-Horner聚合反应合成了三种新型的具有相同的共轭核结构和不同端基的超支化聚合物(H-tpa,H-cya和H-pca),并系统地研究了不同的端基对超支化聚合物的光物理、电化学和光伏性能的影响。研究结果表明在超支化聚合物中引入D-π-A结构有利于分子内电荷转移和光电流的产生;并且超支化聚合物的三维空间结构可有效抑制其自身在TiO2表面的聚集,降低了激子复合几率。在模拟太阳光AM 1.5 G(100 mW/cm2)照射下,基于染料H-pca敏化的太阳能电池表现出最好的光伏性能,其能量转换效率达到了3.93%(Jsc = 8.78 mA/cm2,Voc = 0.65 V,FF = 0.688)。2.设计并合成了三个具有D-D-π-A结构的线型双给体有机小分子染料SD6、SD7和SD8。系统的研究了双给体型结构对染料的光物理、电化学和光伏性能的影响。结果表明,双给体型结构可拓宽染料的吸收光谱和提高对太阳光的吸收能力。三种双给体染料敏化的太阳能电池均表现出优异的光伏性能,其中染料SD6表现出最好的光伏性能,它在427 nm处有最大的IPCE值约为73%,其能量转换效率高达7.03%(Jsc = 14.25 mA/cm2,Voc = 0.70 V,FF = 0.705)。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1 章绪论  9-24
  1.1 引言  9
  1.2 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理  9-11
    1.2.1 DSSCs 的结构  9-10
    1.2.2 DSSCs 的工作原理  10-11
  1.3 染料敏化太阳能电池的性能参数  11-13
    1.3.1 开路电压  11-12
    1.3.2 短路电流  12
    1.3.3 最大输出功率  12
    1.3.4 填充因子  12
    1.3.5 能量转换效率  12
    1.3.6 入射单色光光电转化效率  12-13
  1.4 影响染料敏化太阳能电池能量转换效率的因素  13-15
    1.4.1 染料敏化剂  13
    1.4.2 纳米Ti0_2 膜  13-14
    1.4.3 电解质  14
    1.4.4 对电极  14-15
  1.5 染料敏化剂的研究进展  15-23
    1.5.1 多吡啶钌络合物染料  15-16
    1.5.2 卟啉类金属络合物染料  16-17
    1.5.3 不含金属的有机染料  17-22
    1.5.4 共轭聚合物染料  22-23
  1.6 论文的设计思想与主要研究内容  23-24
第2 章 D-π-A 结构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 实验部分  25-27
    2.2.1 试剂、实验仪器及测试条件  25
    2.2.2 单体和聚合物的合成  25-27
  2.3 结果与讨论  27-36
    2.3.1 单体和聚合物的合成及结构表征  27-29
    2.3.2 超支化聚合物的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱  29-31
    2.3.3 超支化聚合物的电化学性能  31-32
    2.3.4 超支化染料的光伏性能研究  32-36
  2.4 本章小节  36-37
第3 章 D-D-π-A 结构的线型双给体染料的合成和光伏性能研究  37-55
  3.1 引言  37-38
  3.2 实验部分  38-42
    3.2.1 试剂、实验仪器及测试条件  38-39
    3.2.2 中间体和目标染料的合成  39-42
  3.3 结果与讨论  42-53
    3.3.1 中间体及目标染料的合成及结构表征  42-45
    3.3.2 染料的光物理性质  45-47
    3.3.3 染料的电化学性能  47-49
    3.3.4 染料的光伏性能研究  49-52
    3.3.5 染料分子结构的计算  52-53
  3.4 本章小结  53-55
总结与展望  55-56
参考文献  56-61
致谢  61-62
附录A 试剂、药品及其纯化方法  62-64
附录B 仪器及测试条件和方法  64-66
攻读硕士学位期间发表论文情况  66

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 高分子物理和高分子物理化学 > 高聚物的化学性质
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