N,N-二苯腙類染料和二茚并吡嗪類共軛聚合物的合成及其光伏性質(zhì)的研究.pdf

1、本論文對染料敏化太陽能電池(DSSCs)和聚合物太陽能電池(PSCs)的光敏材料及器件的新近研究進(jìn)展進(jìn)行了簡要的綜述。為了更好的研究染料分子中的π-共軛橋?qū)θ玖瞎怆娦阅艿挠绊懸?guī)律和調(diào)控聚合物的吸收光譜、前線分子軌道分子能級、帶隙及電荷傳輸性能,設(shè)計并合成了一類以 N,N-二苯基腙為電子給體的D-π-A型純有機(jī)染料和基于二茚并吡嗪的共軛聚合物。通過核磁共振、紅外光譜、元素分析等分析測試手段對合成的染料分子和聚合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征和確證。利

2、用紫外-可見吸收光譜、熒光發(fā)射光譜、循環(huán)伏安法等研究了染料分子和聚合物的光物理和電化學(xué)性質(zhì),同時制備了基于所合成的染料和聚合物的染料敏化和聚合物光伏器件,研究了DSSCs和PSCs的光伏性能。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.設(shè)計并合成了四個以N,N-二苯腙為電子給體(D)、不同芳香環(huán)為π共軛橋、氰基乙酸為電子受體(A)的D-π-A型純有機(jī)染料分子HB、HP、HF和HT。重點研究了不同芳香性共軛橋(苯、吡咯、呋喃和噻吩)對染料的

3、光物理性質(zhì)、電化學(xué)性質(zhì)以及光伏性質(zhì)的影響規(guī)律?；谒姆N染料的DSSCs光伏性能測試結(jié)果表明N,N-二苯腙是一類良好的電子給體材料,同時不同的芳香共軛橋?qū)θ玖系墓怆娦再|(zhì)具有明顯的影響。以吡咯環(huán)為共軛橋的染料HP表現(xiàn)出最優(yōu)的光伏性能,其光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)到7.18％(Jsc=14.76 mA/cm2,Voc=0.69 V,FF=0.705)。
　　2.設(shè)計并合成了三個以N, N-二苯腙為電子給體,噻吩衍生物為π-共軛橋、氰基乙酸為電子受

4、體的D-π-A型純有機(jī)染料分子HM、HE和HO。系統(tǒng)地研究了噻吩衍生共軛橋?qū)θ玖戏肿拥墓馕锢硇再|(zhì)、電化學(xué)性質(zhì)以及光伏性質(zhì)的影響規(guī)律?；谌N染料的 DSSCs光伏性能測試結(jié)果表明不同的噻吩衍生共軛橋?qū)θ玖系墓怆娦再|(zhì)具有明顯的影響。以3,4-二辛氧基噻吩為共軛橋的染料HO表現(xiàn)出最優(yōu)的光伏性能,其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到5.83%(Jsc=12.96 mA/cm2,Voc=0.65 V,FF=0.707)。
　　3.設(shè)計并合成了六個基于二茚并

5、吡嗪(IPY)單元的新型共軛聚合物PIPY-DTBT、PIPY-DTBTA、PIPY-DTTT、PIPY-BT、PIPY-BDT和 PIPY-TT。系統(tǒng)地研究了與IPY共聚的單元的給/吸電子能力對聚合物的熱穩(wěn)定性、光物理、電化學(xué)性質(zhì)以及其光伏性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:IPY是一個具有良好共平面性的弱給體單元,與吸電子單元(苯并噻二唑、苯并三氮唑、噻唑并噻唑)共聚能夠獲得高的開路電壓(~0.7 V);另外,通過與不同給/吸電子屬性的結(jié)構(gòu)單