噻吩衍生物修饰的卟啉化合物的合成及光伏性能

摘要

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源,也是清洁能源,不产生任何环境污染。在太阳能的有效利用当中,太阳能光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。其中,有机太阳能电池由于其制备简单、重量轻、成本低等优点受到广泛关注。本论文对有机太阳能电池材料和器件的研究进展进行了较系统的综述,重点介绍了聚合物给体材料和染料敏化剂在有机太阳能电池中的研究进展。有机太阳能电池材料的吸收光谱以及电荷传输能力是影响太阳能电池效率的关键因素,因此设计有较强光吸收能力和电荷传输能力的材料是提高有机太阳能电池效率的有效途径。
　　聚噻吩(PTh)及其衍生物,在制备聚合物太阳能电池中得到了广泛的应用和深入的研究。卟啉类化合物也因为其特征的光物理和光化学性质受到研究者的关注。利用噻吩来修饰卟啉并应用于有机太阳能电池的报道比较少。因此本论文以拓宽和增强给体材料的吸收光谱、提高电荷传输能力为出发点,设计并合成四臂卟啉-噻吩聚合物(P-bs1和P-bs2)和给体-连接桥-受体(D-π-A)型卟啉小分子染料(PZn-T、PZn-hT和PZn-oT)。用红外光谱、核磁共振和元素分析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、循环伏安法研究了所合成的聚合物和小分子染料的光物理性质和电化学性质,同时测试了基于聚合物和小分子染料的太阳能电池的光伏性能。光物理测试结果表明,无论是聚合物还是小分子卟啉染料,它们的紫外吸收光谱与卟啉原料相比都有拓宽和红移,并且材料中的噻吩单元越多,紫外吸收光谱拓宽和红移的也越多。电化学测试结果表明由于噻吩单元的引入,卟啉聚合物和小分子染料的能隙都降低了,从而有利于电荷的注入和传输。基于聚合物/PCBM和小分子染料/TiO2的太阳能电池都取得较好效果,其中P-bs2/PCBM体系的能量转化效率为0.61％,PZn-hT/TiO2体系的能量转化效率为5.14%。光伏测试结果表明,卟啉类化合物有望成为新一代太阳能电池材料。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 有机太阳能电池简介

1.2.1 聚合物太阳能电池简介

1.2.2 染料敏化纳米晶太阳能电池简介

1.3 有机太阳能电池的性能表征

1.3.1 I-V特性曲线

1.3.2 几个常见的性能表征参数

1.4 聚合物太阳能电池给/受体材料

1.4.2 低能带隙聚合物给体材料

1.4.3 聚合物太阳能电池受体材料

1.5 染料敏化太阳能电池材料

1.5.1 光敏剂

1.5.2 电极材料

1.5.3 电解质

1.6 论文的设计思想与研究内容

第2章 四臂卟啉-噻吩聚合物的合成及光伏性质研究

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表征

2.3.2 聚合物的分子量和热性能

2.3.3 聚合物的紫外吸收和荧光性能

2.3.4 聚合物的电化学性能

2.3.5 聚合物的光伏性能

2.4 本章小结

第3章 含噻吩桥的新型卟啉染料的合成与性质研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 仪器和试剂

3.2.2 染料的合成

3.3 结果与讨论

3.3.1 合成路线的选择及中间体和目标染料的合成与表征

3.3.2 中间体和目标染料的表征

3.3.3 染料的紫外吸收和荧光性能

3.3.4 染料的电化学性能

3.3.5 染料的光伏性能

3.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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