基于Ullazine的有机光伏材料的合成及性能研究

发布时间：2017-07-20 06:10

  本文关键词：基于Ullazine的有机光伏材料的合成及性能研究

  更多相关文章： 聚合物太阳能电池 侧链 三元共聚物 染料敏化太阳能电池 ullazine

【摘要】：随着世界经济的飞速发展,人类对能源的需求量越来越大。由于传统的化石能源储量有限,不可再生,故研究者们一直在致力于寻找可持续利用的新能源,例如:太阳能,风能,水能,地热能等。太阳能因其清洁无污染,储量丰富,无地域性限制,可再生等优点受到了人们的广泛关注,而太阳能电池是目前能够有效地利用太阳能的手段之一。传统的无机硅太阳能电池已经实现了商业化应用,但是高昂的成本和严重的环境污染限制了它的进一步发展应用。目前,有机太阳能电池(OPV)因其成本低,质轻,易于制成大面积柔性器件等优点受到了研究者们的青睐,并取得了可喜的进展,其中聚合物太阳能电池的最高能量转换效率已经超过10%,染料敏化太阳能电池的最高能量转换效率已经达到13%。显然,这还远远达不到商业化应用的目的,需要研究者们坚持不懈地努力去开发新材料。基于此,本文设计并合成了聚合物太阳能电池材料和染料敏化太阳能电池材料,并对这些材料的光伏性能,热性能,电化学性能等进行了系统的研究。1.我们设计并合成了两个新型的侧链型聚合物QP1和QP2,通过第一次把ullazine引入到侧链当中,来延长共轭长度,增加溶解性。在合成二元共聚物QP1后,我们发现它的光谱较窄,故引入了额外的DPP单元合成三元共聚物QP2来拓宽光谱。最终,我们得到QP1和QP2的Jsc值分别为3.34和5.58 m A cm-2,这和QP2的吸收光谱相对于QP1有所红移,QP2的空穴迁移率也比QP1的高相一致。它们的Voc分别为0.39和0.58 V,这和它们的HOMO能级值比较高相一致。QP1和QP2的PCE都不是很理想,分别为0.46%和1.34%。2.我们设计并合成了三个基于ullazine的有机染料QD1,QD2和QD3,QD1以氰基乙酸为受体即锚定基团,QD2以双键和苯环为π桥,QD3以双键和噻吩为π桥,QD2和QD3以羧酸为受体即锚定基团。最终,我们得到QD2和QD3相对于QD1的吸收光谱都有所蓝移,它们的Jsc分别为12.28,3.82和2.98 mA cm-2,Voc分别为0.65,0.60和0.53 V,PCE分别为5.28%,1.30%,1.05%。
【关键词】：聚合物太阳能电池 侧链 三元共聚物 染料敏化太阳能电池 ullazine
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文献综述9-27
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 聚合物太阳能电池的研究进展10-22
• 1.2.1 聚合物太阳能电池的器件结构10-12
• 1.2.2 聚合物太阳能电池的工作原理和性能参数12-15
• 1.2.3 聚合物太阳能电池15-22
• 1.3 染料敏化太阳能电池 ( DSSCs ) 的研究进展22-26
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池 ( DSSCs ) 的器件结构和工作原理22-23
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池 ( DSSCs ) 的分子设计原理23
• 1.3.3 染料敏化太阳能电池 ( DSSCs ) 的研究进展23-26
• 1.4 论文的设计思想和研究内容26-27
• 第2章 基于侧链Ullazine的聚合物太阳能电池材料的合成及光伏性能研究27-44
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验部分28-35
• 2.2.1 实验试剂和测试方法28
• 2.2.2 单体与聚合物的合成28-35
• 2.3 结果与讨论35-42
• 2.3.1 单体及聚合物的合成与表征35-36
• 2.3.2 聚合物的热性能36-37
• 2.3.3 聚合物的光物理性能37-38
• 2.3.4 聚合物的电化学性能38-39
• 2.3.5 聚合物/PC61BM共混物的形态分析39-40
• 2.3.6 聚合物的空穴迁移率40
• 2.3.7 聚合物的光伏性能40-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第3章 基于Ullazine的染料敏化太阳能电池材料的合成及光伏性能研究44-59
• 3.1 引言44-46
• 3.2 实验部分46-51
• 3.2.1 试剂和测试方法46
• 3.2.2 中间产物和染料的合成路线46-51
• 3.3 结果与讨论51-58
• 3.3.1 染料的合成路线分析与结构表征51
• 3.3.2 染料的光物理性能51-52
• 3.3.3 染料的电化学性能52-54
• 3.3.4 密度泛函理论 ( DFT ) 计算54-55
• 3.3.5 染料的光伏性能55-57
• 3.3.6 染料的电化学阻抗57-58
• 3.4 本章小结58-59
• 总结与展望59-61
• 参考文献61-71
• 致谢71-72
• 附录A 试剂、药品及其纯化方法72-74
• 附录B 仪器及测试条件和方法74-75
• 攻读硕士学位期间发表论文情况75

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本文编号：566546