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含苯并二噻吩、异靛、苯并噻二唑、三苯胺的有机光伏材料的合成及性能研究

作　者: 王长伟
导　师: 谭松庭
学　校: 湘潭大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 本体异质结太阳能电池 侧链型聚合物 染料敏化太阳能电池 苯并噻二唑 光伏性能
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


传统能源的日益枯竭及对我们的生存环境造成的不利影响，这些都促进全球对低成本、高效、清洁及可再生能源的需求，因此有机太阳能电池(OSCs)在学术界和工业界已无可争辩成为最热门研究领域之一。尽管进年来有机太阳能电池在效率方面稳步提高，但是它们的能量转换效率(PCE)仍需进一步的改善以在将来实现商业化应用。1.在基于苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩和异靛的基础上，本章设计并合成了两个新型侧链型聚合物(PBDT-HTID和PBDT-TID)和与之分别对应的主链型聚合物(PBDT-HTIDHT和PBDT-TIDT)。我们具体且相互对比研究了它们的热、电化学、光物理及光伏性能。研究结果显示，引入异靛-2-乙烯基噻吩到PBDT-TID共轭侧链型中，其具有更强的光捕获吸收能力、更好的成膜性、优良的微相分离和理想的分子空间结构活性层。因此，以PBDT-TID和PC61BM制成的正向和反向本体异质结聚合物太阳能电池器件表现出有较高的光电转换效率，分别为5.25%和6.51%。2.在基于三苯胺(TPA)和4,7-双-(4-己基-2-噻吩基)苯唑[1,2,5]噻二唑(DTBT)的基础上，本章设计并合成了三个具有不同末端基团的新型有机小分子。我们具体研究了它们的热、电化学、光物理及光伏性能。研究结果显示，引入氰基乙酸-2-乙基己基酯和2-十四烷基噻吩做为分子的末端基团延长了分子的π-共轭长度且拓宽了它们的吸收光谱。三个分子在常用溶剂中都具有良好的溶解性、成膜性和热稳定性。基于TPA-DTBT和PC61BM的异质结太阳能电池器件的效率(η)为1.85%。3.本章设计并合成了一个新型DTBT类树枝状有机染料(WD1)，以乙烯为π-共轭单元，并应用于染料敏化太阳能电池(DSSCs)体系中。我们具体研究了DTBT单元对染料的电化学、光物理与光伏性能的影响。与我们以前的研究结果相比(FD1和D2)，引入DTBT单元到染料分子中，导致其吸收光谱显著的红移及摩尔消光系数数值较低。基于WD1的DSSCs表现出较低的η为2.18%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 文献综述  9-22
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 聚合物/小分子太阳能电池研究进展  10-17
    1.2.1 聚合物/小分子太阳能电池的器件结构与工作原理  10
    1.2.2 聚合物/小分子异质结太阳能电池的工作原理  10-11
    1.2.3 太阳能电池器件效率的影响因素与表征方式  11-13
    1.2.4 聚合物太阳能电池的光伏材料  13-16
    1.2.5 有机小分子异质结太阳能电池的光伏材料  16-17
  1.3 染料敏化太阳能电池研究进展  17-21
    1.3.1 染料敏化太阳能电池的器件结构与工作原理  17-18
    1.3.2 染料敏化太阳能电池的分子设计原理  18
    1.3.3 染料敏化太阳能电池的敏化剂的研究进展  18-21
  1.4 论文的研究内容与设计思想  21-22
第二章 基于异靛的主侧链型聚合物的高效本体异质结太阳能电池材料的合成及性能研究  22-44
  2.1 引言  22-23
  2.2 实验部分  23-34
    2.2.1 试剂和测试方法  23
    2.2.2 聚合物的合成步骤  23-34
  2.3 结果与讨论  34-43
    2.3.1 聚合物的合成路线分析与表征  34-35
    2.3.2 聚合物的热性能  35-36
    2.3.3 聚合物的光物理性能  36-39
    2.3.4 聚合物的电化学性能  39-40
    2.3.5 聚合物的光伏性能  40-43
  2.4 本章小结  43-44
第三章 含有不同末端基团的三苯胺和苯并噻二唑的有机小分子的合成及光伏性能研究  44-60
  3.1 引言  44-45
  3.2 实验部分  45-54
    3.2.1 试剂和测试方法  45
    3.2.2 目标小分子的合成路线  45-54
  3.3 结果与讨论  54-59
    3.3.1 目标小分子的合成路线分析与表征  54-55
    3.3.2 目标小分子的光物理性能  55-57
    3.3.3 目标小分子的电化学性能  57-58
    3.3.4 目标小分子的光伏性能  58-59
  3.4 本章小结  59-60
第四章 含有苯并噻二唑的新型有机树枝状染料的合成及光伏性能研究  60-69
  4.1 引言  60-61
  4.2 实验部分  61-63
    4.2.1 试剂和测试方法  61
    4.2.2 目标染料的合成路线  61-63
  4.3 结果与讨论  63-68
    4.3.1 目标染料的合成路线讨论与表征  63
    4.3.2 目标染料的光物理性能  63-65
    4.3.3 目标染料的电化学性能  65-66
    4.3.4 目标染料的光伏性能  66-68
  4.4 本章小结  68-69
总结与展望  69-70
参考文献  70-77
致谢  77-78
附录 A 所有试剂及其纯化处理方法  78-80
附录 B 所有仪器的测试条件及方法  80-81
在校期间发表的论文情况  81

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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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