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

1、本論文對有機太陽能電池材料和器件的研究進展進行了較系統(tǒng)的綜述。重點介紹了共軛聚合物太陽能電池電子給體材料和染料光敏化劑在有機太陽能電池中的新研究進展。太陽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給體材料的吸收光譜、提高其空穴遷移率為出發(fā)點，設(shè)計并合成系列新型側(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、段對所合成的化合物的結(jié)構(gòu)進行了表征，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小分子染料的光物理性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)，同時測試了以合成的聚合物和有機小分子染料組裝成的太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。主要的研究內(nèi)容如下：
　　 1.設(shè)計并合成了兩個以聚對苯撐乙烯 (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?；赑1和P2的聚合物/PCBM 本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的能量轉(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)計并合成了三個以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。同時研究了共聚物/TiO2構(gòu)成的染料敏化太陽能電池的光伏性能，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.針對二元共聚物P4在溶解性、吸收光譜等方面的不足，通過引入含烷氧基的二醛單體Monomer5，設(shè)計并合成了P4-BO系列三個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的含量達到44％時得到的三元共聚物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，通過摻入含三苯胺的二醛單體Monomer1，

6、設(shè)計并合成了P5-TPA系列三個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染料敏化太陽能電池的光伏性能測試結(jié)果表明，在P5-TPA系列中，當(dāng)Monomer1的含量達到52％時得到的三元共聚物P5-TPA25有最高的能量轉(zhuǎn)換效率為2.74％。

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