含三苯胺、噻吩的有機(jī)光伏材料的設(shè)計(jì)合成及其性質(zhì)研究.pdf

1、本論文對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池材料和器件的研究進(jìn)展進(jìn)行了較系統(tǒng)的綜述。重點(diǎn)介紹了共軛聚合物太陽(yáng)能電池電子給體材料和染料光敏化劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的新研究進(jìn)展。太陽(yáng)能電池中電子給體材料的吸收光譜、空穴遷移率和溶解性是影響其能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素，因此本論文以拓寬和增強(qiáng)給體材料的吸收光譜、提高其空穴遷移率為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)并合成系列新型側(cè)鏈型共軛聚合物光伏材料和系列給體-連接橋-受體(D-π-A) 型有機(jī)小分子染料。利用紅外光譜、核磁共振和元素分析等手

2、段對(duì)所合成的化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并利用紫外光譜、熒光光譜、循環(huán)伏安法研究了所合成的聚合物和有機(jī)小分子染料的光物理性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)測(cè)試了以合成的聚合物和有機(jī)小分子染料組裝成的太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。主要的研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1.設(shè)計(jì)并合成了兩個(gè)以聚對(duì)苯撐乙烯 (PPV)為主鏈、三苯胺為側(cè)基的二元共軛聚合物P1和P2，考察了三苯胺側(cè)基對(duì)共聚物的熱穩(wěn)定性、光物理、電化學(xué)和光伏性質(zhì)的影響。結(jié)果表明具有3Dπ-π堆積結(jié)構(gòu)三苯

3、胺側(cè)基的引入對(duì)拓寬聚合物的吸收光譜、改善空穴遷移率和提高共聚物光伏性能方面有重要的作用。基于P1和P2的聚合物/PCBM 本體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率分別為0.27％和0.45％，它們分別是不含三苯胺側(cè)基的共聚物P0(0.09％)的3倍和5倍。
　　 2.設(shè)計(jì)并合成了三個(gè)以PPV為主鏈、單(雙)噻吩為側(cè)鏈的二元共軛聚合物P3、P4和P5，并研究了噻吩側(cè)鏈對(duì)共聚物的熱穩(wěn)定性、光物理、電化學(xué)和光伏性質(zhì)產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明噻吩側(cè)

4、鏈的引入在提高共聚物的熱穩(wěn)定性、拓寬共聚物的吸收光譜、降低能隙、改善其溶解性和光伏性能方面有較明顯的作用。同時(shí)研究了共聚物/TiO2構(gòu)成的染料敏化太陽(yáng)能電池的光伏性能，基于共聚物P3～P5光伏電池的能量轉(zhuǎn)化效率分別1.66％、1.05％和2.56％。
　　 3.針對(duì)二元共聚物P4在溶解性、吸收光譜等方面的不足，通過(guò)引入含烷氧基的二醛單體Monomer5，設(shè)計(jì)并合成了P4-BO系列三個(gè)新的三元共軛聚合物P4-BO20、P4-BO3

5、0和P4-BO40。研究結(jié)果表明，Monomer5的引入可以提高三元共聚物的熱穩(wěn)定性、拓寬其吸收光譜、降低共聚物的能隙和增大短路電流。研究了基于三元共聚物/TiO2染料敏化太陽(yáng)能電池的光伏性能，結(jié)果表明該系列三元共聚物中，當(dāng)Monomer5的含量達(dá)到44％時(shí)得到的三元共聚物P4-BO20有最高的能量轉(zhuǎn)換效率為1.76％。
　　 4.針對(duì)二元共聚物P5在吸收光譜和空穴遷移率等方面的不足，通過(guò)摻入含三苯胺的二醛單體Monomer1，

6、設(shè)計(jì)并合成了P5-TPA系列三個(gè)新的三元共軛聚合物P5-TPA20、P5-TPA25和P5-TPA30。研究結(jié)果表明，Monomer1的摻入可以進(jìn)一步拓寬P5-TPA系列三元共聚物的吸收光譜、改善共聚物的空穴注入、電荷傳輸和光伏性能。
　　 基于三元共聚物/TiO2染料敏化太陽(yáng)能電池的光伏性能測(cè)試結(jié)果表明，在P5-TPA系列中，當(dāng)Monomer1的含量達(dá)到52％時(shí)得到的三元共聚物P5-TPA25有最高的能量轉(zhuǎn)換效率為2.74％。

7、
　　 5.設(shè)計(jì)并合成了一系列以三苯胺為電子給體、不同長(zhǎng)度的低聚噻吩為π-共軛體系、氰基乙酸為電子受體和錨定基團(tuán)的D-π-A型有機(jī)小分子染料SD1～SD5，其中SD2、SD4和SD5三個(gè)以己基取代的低聚噻吩為π-共軛體系的染料是未見文獻(xiàn)報(bào)道的新染料。系統(tǒng)地研究了己基取代和不同的π-共軛鏈長(zhǎng)度對(duì)染料的光物理、電化學(xué)和光伏性質(zhì)的影響。
　　 結(jié)果表明，適當(dāng)長(zhǎng)度的π-共軛鏈和規(guī)整的烷基取代對(duì)提高材料的光伏性能至關(guān)重要。