树枝状螺芴类空穴传输材料的合成与性能研究

发布时间：2017-10-20 18:37

  本文关键词：树枝状螺芴类空穴传输材料的合成与性能研究

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【摘要】：选择合适的空穴传输材料插入钙钛矿和金属电极之间可以提高电池性能,得到人们的广泛研究。Spiro-OMeTAD作为成功的空穴传输材料,由于其优良的电子传输性能和稳定的氧化还原性能在钙钛矿太阳能电池领域一直是被常用的空穴传输材料。但是其仍然存在一定的缺陷:分子结构复杂,合成比较困难,在有机溶剂中的溶解性较差等。因此为了弥补以上缺陷,开发具有结构简单溶解性更好的空穴传输材料对于钙钛矿太阳能电池的发展具有重要的意义。本文设计合成了2,7-二[N3,N3,N6,N6-四(4-甲氧基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺]-9,9'-螺二芴(Spiro-009)和2-[N3,N3,N6,N6-四(4-甲氧基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺]-9,9'-螺二芴(Spiro-014)两种化合物。优化了N3,N3,N6,N6-四(4-甲氧基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺(CZ-OMEAD)的合成工艺。考察了反应温度、缚酸剂种类和催化剂及配体种类对产品收率的影响,结果表明,较佳的合成条件为:反应温度55℃,n(9-叔丁氧羰基-3,6-二溴咔唑):n(4,4-二甲氧基二苯胺):n(Pd2(dba)3):n((t-Bu)3P·BF4):n(叔丁醇钠)=1:2.25:0.02:0.04:2.5,反应2 h,CZ-OMEAD收率可达60.1%。优化了Spiro-014的合成工艺,考察了反应温度,反应时间,缚酸剂种类和催化剂及配体种类对产品收率的影响,结果表明,在反应温度105℃,n(CZ-OMEAD):n(2-溴-9,9-螺二芴):n(Pd2(dba)3):n((t-Bu)3P·BF4):n(叔丁醇钾)=1:1.2:0.04:0.08:2,反应24 h条件下,Spiro-014的收率可达89.1%;此外,对产品的精制进行了研究,得到的较佳的精制条件为:m(甲苯):m(正己烷):m(粗品)=10:10:1,直接70~75℃热过滤,得到的Spiro-014的产品纯度可达99.7%。优化了Spiro-009的合成工艺,考察了反应温度,反应时间,缚酸剂种类和催化剂及配体种类对产品收率的影响,结果表明,在反应温度105℃,n(CZ-OMEAD):n(2,7-二溴-9,9’-螺二芴):n(Pd2(dba)3):n((t-Bu)3P·BF4):n(叔丁醇钾)=2.25:1:0.03:0.06:3,反应24 h的条件下,Spiro-009的收率可达90.3%;此外,对产品的精制进行了研究,得到的较佳的精制条件为:m(乙酸乙酯):m(粗品)=10:1,结晶温度25~30℃,得到的Spiro-009的产品纯度为99.2%。采用1HNMR,LC-MS对所合成产物进行了结构确认,并用紫外吸收光谱法、循环伏安法对其光电性能进行了初步研究,以热重分析研究了所得化合物的热稳定性。结果表明所得化合物都具有良好的热稳定性和光电性能,可在钙钛矿太阳能电池中用作空穴传输材料。
【关键词】：空穴传输材料 钙钛矿太阳能电池 合成 性能研究
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O626
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文献综述11-29
• 1.1 太阳能和太阳能电池11-12
• 1.2 钙钛矿太阳能电池12-15
• 1.3 钙钛矿太阳能电池结构及工作原理15-17
• 1.4 钙钛矿太阳能电池性能参数17-19
• 1.4.1 单色光光电转换效率18
• 1.4.2 短路电流密度(Jsc)18
• 1.4.3 开路电压（Voc）18
• 1.4.4 总的光电转换效率（η）18-19
• 1.5 空穴传输材料19-20
• 1.6 空穴传输材料的分类20-26
• 1.6.1 VA二唑类空穴传输材料20-21
• 1.6.2 吡唑啉类空穴传输材料21
• 1.6.3 咔唑类空穴传输材料21-22
• 1.6.4 腙类空穴传输材料22-23
• 1.6.5 三芳胺类空穴传输材料23-26
• 1.6.5.1 联苯型三芳胺类化合物23-24
• 1.6.5.2 枝形三芳胺类化合物24
• 1.6.5.3 螺形三芳胺类化合物24-25
• 1.6.5.4 星形三芳胺类化合物25
• 1.6.5.5 聚合物类三芳胺类化合物25
• 1.6.5.6 复合型三芳胺类化合物25-26
• 1.7 展望26-27
• 1.8 选题依据27-29
• 第二章 Spiro-014的合成与性能研究29-51
• 2.1 引言29-30
• 2.2 仪器与试剂30-31
• 2.2.1 主要原料和试剂30-31
• 2.2.2 实验仪器31
• 2.3 实验部分31-38
• 2.3.1 合成路线31-36
• 2.3.1.1 3,6-二溴咔唑（DBrCZ）的合成32-33
• 2.3.1.2 9-叔丁氧羰基-3,6-二溴咔唑（DBr CZ-BOC）的合成33
• 2.3.1.3 4,4-二甲氧基二苯胺（OMEAD）的合成33-34
• 2.3.1.4 N3,N3,N6,N6-四(4-甲氧基苯基)-9H-咔唑-3,6-二胺（CZ-OMEAD）的合成34-35
• 2.3.1.5 Spiro-014的合成35-36
• 2.3.2 空穴传输材料Spiro-014的电化学性能测试36
• 2.3.2.1 电解液的配置36
• 2.3.2.2 电极的处理36
• 2.3.3.3 组成循环伏安测定系统36
• 2.3.3 钙钛矿太阳能电池的组装及性能测试36-38
• 2.3.3.1 钙钛矿太阳能电池的组装方法36-37
• 2.3.3.2 电池的光电性能转换测试37-38
• 2.4 结果与讨论38-49
• 2.4.1 CZ-OMEAD合成探究38-40
• 2.4.1.1 反应温度对产品收率的影响38
• 2.4.1.2 缚酸剂对产品收率的影响38-39
• 2.4.1.3 催化剂及配体对产品收率的影响39-40
• 2.4.2 Spiro-014合成探究40-42
• 2.4.2.1 反应温度对产品收率的影响40
• 2.4.2.2 缚酸剂对产品收率的影响40-41
• 2.4.2.3 催化剂及配体对产品收率的影响41
• 2.4.2.4 反应时间对产品收率的影响41-42
• 2.4.3 Spiro-014分离精制条件的考察42-45
• 2.4.3.1 重结晶溶剂种类的选择42-43
• 2.4.3.2 重结晶溶剂用量对Spiro-014收率与纯度的影响43
• 2.4.3.3 结晶温度对Spiro-014收率与纯度的影响43-44
• 2.4.3.4 分析图谱44
• 2.4.3.5 分子结构表征44-45
• 2.4.3.6 分子量表征45
• 2.4.4 空穴传输材料Spiro-014的光物理性能45-46
• 2.4.5 空穴传输材料Spiro-014的热稳定性46-47
• 2.4.6 空穴传输材料Sprio-014的电化学性能47-48
• 2.4.7 空穴传输材料Spiro-014应用于钙钛矿太阳能电池的光伏性能48-49
• 2.5 本章小结49-51
• 第三章 Spiro-009的合成与性能研究51-69
• 3.1 引言51-52
• 3.2 仪器与试剂52-53
• 3.2.1 主要原料和试剂52-53
• 3.2.2 实验仪器53
• 3.3 实验部分53-57
• 3.3.1 合成路线53-56
• 3.3.1.1 2,7-二溴-9,9’-螺二芴（2,7-DBrSF）的合成55-56
• 3.3.1.2 Spiro-009的合成56
• 3.3.2 空穴传输材料Spiro-009的电化学性能测试56-57
• 3.3.3 钙钛矿太阳能电池的组装及性能测试57
• 3.4 结果与讨论57-66
• 3.4.1 Spiro-009合成探究57-59
• 3.4.1.1 反应温度对产品收率的影响57
• 3.4.1.2 缚酸剂对产品收率的影响57-58
• 3.4.1.3 催化剂及配体对产品收率的影响58
• 3.4.1.4 反应时间对产品收率的影响58-59
• 3.4.2 产品分离精制条件的考察59-62
• 3.4.2.1 重结晶溶剂种类的选择59-60
• 3.4.2.2 重结晶溶剂用量对Spiro-009收率与纯度的影响60
• 3.4.2.3 结晶温度对Spiro-009收率与纯度的影响60-61
• 3.4.2.4 分析图谱61
• 3.4.2.5 分子结构表征61-62
• 3.4.2.6 分子量表征62
• 3.4.3 空穴传输材料Spiro-009的光物理性能62-63
• 3.4.4 空穴传输材料Spiro-009的热稳定性63-64
• 3.4.5 空穴传输材料Sprio-009的电化学性能64-65
• 3.4.6 空穴传输材料Spiro-009应用于钙钛矿太阳能电池的光伏性能65-66
• 3.5 本章小结66-69
• 结论69-71
• 参考文献71-79
• 致谢79-81
• 攻读学位期间发表的学术论文目录81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：1068724