含苯并噻二唑、噻吩和卟啉的窄帶隙聚合物及卟啉類有機(jī)染料的合成及光伏性能研究.pdf

1、太陽能是可循環(huán)利用的能源之一,它清潔無污染,沒有區(qū)域限制。在眾多的光電轉(zhuǎn)換器件中,聚合物太陽能電池和染料敏化太陽能電池以其低成本和易制造等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。卟啉是一種葉綠素衍生物,其在420nm左右有一個強(qiáng)的吸收帶,在600nm左右有弱的Q-吸收帶,因此而成為光伏領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。為了得到更好的與太陽光譜匹配的材料,對卟啉的研究主要是為了拓寬其窄的S-吸收帶,加強(qiáng)其弱的Q-帶,以及改善S-和Q-吸收帶之間的吸收。在本論文中,設(shè)計(jì)并合成了苯

2、并噻二唑和噻吩衍生物修飾的卟啉聚合物和卟啉有機(jī)染料,并應(yīng)用于聚合物和染料敏化太陽能電池。利用核磁共振譜、元素分析、紅外光譜及飛行時(shí)間質(zhì)譜等表征方法對合成的中間產(chǎn)物及目標(biāo)化合物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征;并且利用紫外-可見光譜、熒光-發(fā)射光譜和循環(huán)伏安等方法研究了所合成聚合物及有機(jī)染料的光物理性能和電化學(xué)特征。最后,將所合成的聚合物及有機(jī)染料制備成相應(yīng)的太陽能電池并測試了它們的光伏性能,結(jié)果如下:
　　1.合成了兩種新型的主鏈由卟啉、苯并噻二唑

3、和噻吩衍生物構(gòu)成的聚合物并應(yīng)用于本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池。測試了聚合物的熱學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)及光電等方面的性能。結(jié)果表明,苯并噻二唑在主鏈上的引入可以同時(shí)拓寬卟啉的S-帶和Q-帶,而且還可以降低能隙。采用聚合物/PC61BM為1:2的比例在AM1.5,100mW·cm-2模擬太陽光下測試了聚合物的光電轉(zhuǎn)換效率,其中基于P2/PC61BM的器件最高效率為0.91％,這在卟啉聚合物的應(yīng)用中是最高的。
　　2.設(shè)計(jì)并合成了兩種由苯并噻二唑和噻

4、吩修飾的新型卟啉染料PMBTZ和PHBTZ。通過紫外-可見光譜、熒光發(fā)射光譜以及循環(huán)伏安法對其光物理和電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測試。結(jié)果表明,低能隙發(fā)色團(tuán)的引入可以使卟啉聚合物的吸收光譜紅移和拓寬,可以使卟啉的第一氧化電勢更負(fù)。在模擬太陽光照射下,基于PMBTZ的染料敏化太陽能電池效率最高:短路電流14.11mA·cm-2,開路電壓0.59V,填充因子0.66,光電轉(zhuǎn)換效率5.46%。
　　3.設(shè)計(jì)并合成了四個以多烷基噻吩取代中位的卟啉為