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以苯并噻二唑为桥链的共轭聚合物和有机小分子的合成及其光伏性能研究

作　者: 何舟
导　师: 谭松庭
学　校: 湘潭大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚合物太阳能电池 染料敏化太阳能电池 苯并二噻吩 三苯胺 苯并二噻唑
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


众所周知，地球上的能源危机日益严重，而太阳能以其无穷无尽以及无污染等特点成为取代其它传统能源的首要选择，太阳能电池也因此成为世界各地专家学者研究和开发的热点。本论文对于聚合物太阳能电池材料、小分子本体异质结和染料敏化太阳能电池材料以及电池器件的研究进展进行了综述。为了拓宽太阳能电池材料的吸收光谱、提高其开路电压和材料的稳定性，从而研究并开发出更好的有机太阳能电池材料，提高其能量转换效率，我们设计并合成了一类新型的以苯并噻二唑为桥的三维共轭聚合物材料，与此同时，我们还合成了两种给体-π-受体（D-π-A）型有机小分子分别用于本体异质结和染料敏化太阳能电池。对于所合成的化合物，我们通过飞行时间质谱、核磁共振以及红外光谱等方法对其进行结构表征，并且利用了循环伏安法、荧光光谱、紫外可见光谱和J-V性能测试，研究了目标产物的电化学性质、光物理性质以及光伏性能。得到的研究内容如下：1:设计并合成了两种以苯并噻二唑为桥链的新型三维共轭聚合物PH-1和PH-2。研究了不同电子给体单元对聚合物的热性能、电化学、光物理和光伏性能的影响。所得到的研究结果可以表明，不同的电子给体单元其给电子能力越强，聚合物的HOMO能级越低，其光伏性能也有所提高。基于PH-2的三维共轭共聚物/PC61BM本体异质结太阳能电池器件的能量转换效率为2.06%。2:通过一系列的有机反应，如Vilsmeier-Haack反应、Wittig-Horner反应、Stille偶联和Suzuki偶联反应，合成了两种新型的三苯胺类衍生物TPA-DTBT和DH-2，并且通过飞行时间质谱、红外光谱和核磁共振谱对它们的结构进行了表征。同样是以苯并噻二唑为桥链的两个有机小分子分别用于本体异质结和染料敏化太阳能电池器件，在模拟太阳光条件下，基于TPA-DTBT的小分子本体异质结太阳能电池器件的能量转换效率达到了2.79%(Voc=0.85V，Jsc=9.46mA/cm2，FF=0.347)；以DH-2为敏化剂的染料敏化太阳能电池，在模拟太阳光条件下，其能量转换效率为1.67%(Voc=0.55V，Jsc=4.23mA/cm2，FF=0.72)。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 文献综述  9-24
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 聚合物太阳能电池的研究进展  10-17
    1.2.1 聚合物太阳能电池(PSCs)简介及工作原理  10-11
    1.2.2 聚合物太阳能电池(PSCs)器件结构  11
    1.2.3 聚合物太阳能电池的性能参数  11-13
    1.2.4 聚合物太阳能电池的材料  13-17
  1.3 染料敏化太阳能电池(DSSCs)的研究进展  17-22
    1.3.1 DSSCs 的结构及工作原理  17-18
    1.3.2 DSSCs 能量转换效率的主要影响因素  18-19
    1.3.3 DSSCs 染料敏化剂  19-22
  1.4 本论文的设计思想和主要内容  22-24
第2章 三维共轭聚合物的合成及其光伏性能研究  24-38
  2.1 引言  24
  2.2 实验部分  24-30
    2.2.1 试剂及仪器  24
    2.2.2 单体及目标产物的合成  24-30
  2.3 结果与讨论  30-37
    2.3.1 合成路线的选择及反应条件研究  30-31
    2.3.2 聚合物的热性能  31-32
    2.3.3 聚合物的光物理性能  32-33
    2.3.4 聚合物的电化学性能  33-35
    2.3.5 聚合物的光伏性能  35-37
  2.4 本章小结  37-38
第3章 以苯并噻二唑为桥的三苯胺类有机小分子的合成及其光伏性能研究  38-55
  3.1 引言  38-39
  3.2 实验部分  39-48
    3.2.1 试剂及仪器  39
    3.2.2 单体及目标产物的合成  39-48
  3.3 结果与讨论  48-54
    3.3.1 合成路线的选择和实验过程中反应条件研究  48
    3.3.2 有机小分子的热性能  48-49
    3.3.3 有机小分子的光物理性能  49-50
    3.3.4 有机小分子的电化学  50-52
    3.3.5 有机小分子的光伏性能  52-54
  3.4 本章小结  54-55
总结展望  55-56
参考文献  56-62
致谢  62-63
附录 A 试剂、药品及其纯化方法  63-65
附录 B 所有仪器的测试条件和方法  65-66
攻读硕士学位期间发表论文情况  66

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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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