本文關(guān)鍵詞：基于三苯胺衍生物和苯并噻二唑的有機光伏材料的合成及性能研究

  更多相關(guān)文章： 有機太陽能電池 染料敏化太陽能電池 三芳胺衍生物 苯并噻二唑

【摘要】：隨著傳統(tǒng)化石能源如煤、石油等的日益消耗,現(xiàn)已經(jīng)產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞,而且該類化石能源不可再生,現(xiàn)在儲量日益減少,將來勢必難以滿足人類對能源的需求。因此,現(xiàn)在積極探索和開發(fā)新能源意義重大。其中直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的有機太陽能電池作為一類成本低、清潔環(huán)保的可再生能源利用方式近年來已經(jīng)成為研究的熱點,尤其是其中的染料敏化太陽能電池更是發(fā)展迅速。盡管如此,但目前有機太陽能電池面臨的最大問題是其光電轉(zhuǎn)換效率還沒辦法達到產(chǎn)業(yè)化的要求。因此,從器件和材料方面提高有機太陽能電池的效率成為目前研究的主要方向。在此背景之下,我們設(shè)計合成了一系列基于三芳胺衍生物和苯并噻二唑的染料敏化劑,采用核磁共振、飛行時間質(zhì)譜等測試方法對所合成的化合物進行了結(jié)構(gòu)表征,并對這些材料的光物理、電化學和光伏性能進行了研究。主要研究內(nèi)容如下：(1)設(shè)計并合成了基于三苯胺的3D結(jié)構(gòu)的三芳胺衍生物(IDTTPA),該結(jié)構(gòu)具有唯一的立體結(jié)構(gòu)和富電子性。我們將該富電子基團應(yīng)用到染料敏化劑中作電子給體,同時插入苯并噻二唑(BT或DFBT)作額外受體,以苯環(huán)為π-橋,羧基為錨定基團(受體)合成了兩種D-A-π-A結(jié)構(gòu)的染料敏化劑(CD1和CD2),并將其應(yīng)用到染料敏化太陽能電池(DSSCs)當中。研究了該三芳胺衍生物作給體對染料性能的影響,同時研究了額外受體上F原子的引入對性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),將該衍生物應(yīng)用到染料敏化太陽能電池中能獲得較高的能量轉(zhuǎn)化效率(均超過6.20%)。F原子的引入,使該染料的光伏性能得到了加強。在AM1.5的模擬太陽光照下,基于CD2的電池獲得了7.90%的能量轉(zhuǎn)換效率,而基于無氟的CD1的效率只有6.26%,這表明作額外受體DFBT是更好的選擇。(2)設(shè)計并合成了兩個D-A-π-A型的有機染料分子(HD1和HD2),并應(yīng)用到了染料敏化太陽能電池中。結(jié)合CD1我們研究了給體上改變烷基長度及在給體與額外受體之間插入噻吩延長π橋并研究對染料光伏性能的影響,探索其它提高染料效率的方法。通過對有機染料分子的光物理性能、電化學性能和光伏性能進行系統(tǒng)的研究后發(fā)現(xiàn),插入噻吩雖然延長了π橋但同時也增大了給體與π橋的扭轉(zhuǎn)角度,兩者共同作用的結(jié)果是使染料的吸收光譜有輕微的藍移,且使染料的摩爾消光系數(shù)下降,最終導致染料效率的下降,插入了噻吩的染料HDl的效率僅為4.01%,電流從CD1的12.48 mA cm-2下降到HD1的8.98 mA cm-2,降幅達28%。我們通過對HD2的研究發(fā)現(xiàn),更長的烷氧基造成吸收光譜嚴重藍移(70 nm相對CDl),且摩爾吸光系數(shù)也較低,結(jié)果造成HD2的電流下降了4.88 mA cm-2,降幅達39%,HD2的效率僅為3.83%。
【關(guān)鍵詞】：有機太陽能電池 染料敏化太陽能電池 三芳胺衍生物 苯并噻二唑
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O626;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第1章 文獻綜述9-27
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 聚合物太陽能電池的研究進度10-19
• 1.2.1 聚合物太陽能電池的工作原理10-11
• 1.2.2 聚合物太陽能電池的光伏器件11-12
• 1.2.3 有機太陽能電池的幾個重要性能參數(shù)12-14
• 1.2.4 用于聚合物太陽能電池的光伏材料14-19
• 1.3 染料敏化太陽能電池的發(fā)展19-26
• 1.3.1 染料敏化太陽能電池的光伏器件及工作原理19-20
• 1.3.2 影響染料敏化太陽能電池效率的主要因素20-21
• 1.3.3 染料光敏劑的研究進展21-26
• 1.4 本論文的設(shè)計思想和主要內(nèi)容26-27
• 第2章 含三苯胺衍生物和苯并噻二唑的高效敏化劑的研究27-48
• 2.1 引言27-28
• 2.2 實驗部分28-40
• 2.2.1 試劑和實驗方法28
• 2.2.2 目標染料敏化劑的合成路線28-40
• 2.3 結(jié)果與討論40-47
• 2.3.1 染料敏化劑的合成及表征40-41
• 2.3.2 有機染料的光物理性能41-42
• 2.3.3 有機染料的電化學性能42-43
• 2.3.4 有機染料的光伏性能43-45
• 2.3.5 有機染料的電化學阻抗45-47
• 2.4 本章小結(jié)47-48
• 第3章 噻吩基團及烷基對該型染料敏化劑性能的影響48-63
• 3.1 引言48
• 3.2 實驗部分48-55
• 3.2.1 試劑和實驗方法48-49
• 3.2.2 目標染料敏化劑的合成路線49-55
• 3.3 結(jié)果與討論55-62
• 3.3.1 有機染料的合成及表征55-56
• 3.3.2 有機染料的光物理性能56-57
• 3.3.3 有機染料的電化學性能57-58
• 3.3.4 有機染料的光伏性能58-60
• 3.3.5 有機染料的電化學阻抗60-62
• 3.4 本章小結(jié)62-63
• 總結(jié)與展望63-64
• 參考文獻64-69
• 致謝69-70
• 附錄A 藥品、試劑及其純化方法70-72
• 附錄B 表征及測試中用到的儀器及方法72-73
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文情況73

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 段曉菲,王金亮,毛景,裴堅;有機太陽能電池材料的研究進展[J];大學化學;2005年03期

2 任斌;賴樹明;陳衛(wèi);黃河;;有機太陽能電池研究進展[J];材料導報;2006年09期

3 錢伯章;;高效有機太陽能電池[J];橡塑技術(shù)與裝備;2008年04期

4 周洪英;;科學家有望開發(fā)出低成本性能卓越的有機太陽能電池[J];功能材料信息;2010年Z1期

5 ;最輕薄有機太陽能電池問世[J];化工中間體;2012年04期

6 錢伯章;;最薄最輕的有機太陽能電池[J];國外塑料;2012年03期

7 ;德國企業(yè)創(chuàng)立了有機太陽能電池效率世界新高[J];功能材料信息;2013年02期

8 賀素姣;;有機太陽能電池材料與器件的研究進展[J];化工技術(shù)與開發(fā);2013年09期

9 劉佩華,田禾;有機太陽能電池材料近期進展(上)[J];上�；�;1999年11期

10 劉佩華,田禾;有機太陽能電池材料近期進展(下)[J];上海化工;1999年12期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 范斌;田清勇;白華;;可溶性小分子有機太陽能電池[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

2 杝隆建;杝正_7;李宜璇;;可撓式有機太陽能電池之發(fā)展技術(shù)[A];海峽兩岸第十六屆照明科技與營銷研討會專題報告暨論文集[C];2009年

3 劉艷;曾慶華;張憲璽;姜建壯;;卟啉、酞菁類有機太陽能電池材料的研究進展[A];中國化學會第二十五屆學術(shù)年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

4 陳濤;仰志斌;彭慧勝;;基于碳納米管纖維的有機太陽能電池[A];2011年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

5 仰志斌;陳濤;何瑞旋;彭慧勝;;基于取向碳納米管膜的柔性有機太陽能電池[A];2011年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

6 張堅;楊棟;周玲玉;陳令成;趙斌;李燦;;化學改性氧化石墨烯作為有機太陽能電池空穴傳輸層[A];2012年兩岸三地高分子液晶態(tài)與超分子有序結(jié)構(gòu)學術(shù)研討會（暨第十二屆全國高分子液晶態(tài)與超分子有序結(jié)構(gòu)學術(shù)論文報告）會議論文集[C];2012年

7 趙儀;;有機太陽能電池中的相干電荷和能量轉(zhuǎn)移[A];第十三屆全國化學動力學會議報告摘要集[C];2013年

8 唐衛(wèi)華;海杰峰;朱恩偉;卞臨沂;;有機太陽能電池用的二維窄帶隙聚合物研究[A];2013年全國高分子學術(shù)論文報告會論文摘要集——主題G：光電功能高分子[C];2013年

9 易院平;韓廣超;沈星星;;有機太陽能電池電子過程的理論模擬[A];中國化學會第29屆學術(shù)年會摘要集——第17分會：光電功能器件[C];2014年

10 馬廷麗;;柔性及疊層薄膜有機太陽能電池研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 顧鋼;德支持企業(yè)開發(fā)有機太陽能電池[N];科技日報;2007年

2 記者 毛黎;美評估有機太陽能電池對環(huán)境的影響[N];科技日報;2010年

3 本報駐美國記者 田學科;突破有機太陽能電池技術(shù)瓶頸[N];科技日報;2012年

4 劉霞;控制電子自旋可提高有機太陽能電池的效率[N];科技日報;2013年

5 記者 邰舉;疊層型有機太陽能電池接近商用[N];科技日報;2007年

6 蔡佳;美國研發(fā)可拉伸有機太陽能電池[N];中國建材報;2011年

7 華凌;小分子有機太陽能電池增效50%[N];科技日報;2013年

8 本版編輯邋張浩 鄭曉春 鄧國慶 毛黎 何屹 顧鋼 何永晉;2007年世界科技發(fā)展回顧(七)[N];科技日報;2008年

9 記者 馬悍德;青海有機太陽能電池研發(fā)獲重大進展[N];科技日報;2014年

10 記者 賈明;青海有機太陽能電池研發(fā)取得重大進展[N];青海日報;2014年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 許美鳳;高效穩(wěn)定的有機太陽能電池的界面研究[D];蘇州大學;2015年

2 劉小銳;幾種有機太陽能電池供體材料的光伏性能[D];西南大學;2015年

3 黨東鋒;含噻吩或噻吩稠環(huán)單元的有機光伏材料的合成及其性能研究[D];湘潭大學;2015年

4 徐偉龍;有機太陽能電池微納結(jié)構(gòu)及光物理特性研究[D];山東大學;2016年

5 聶日明;透明陰極界面修飾及其在有機光電轉(zhuǎn)換器件中的應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

6 陳大正;反轉(zhuǎn)有機太陽能電池器件優(yōu)化與穩(wěn)定性研究[D];西安電子科技大學;2015年

7 王之哲;新型有機太陽能電池中銀薄膜電極研究與應(yīng)用[D];西安電子科技大學;2015年

8 于偉利;電沉積制備聚噻吩有序微結(jié)構(gòu)及有機太陽能電池[D];吉林大學;2009年

9 喬芬;基于聚合物的有機太陽能電池的研制與表征[D];大連理工大學;2010年

10 陳向東;有機太陽能電池中的光物理過程研究[D];合肥工業(yè)大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 史紹華;有機太陽能電池中電極修飾的研究[D];大連理工大學;2012年

2 蔡倫;有機太陽能電池中光電流—溫度特性的研究[D];西南大學;2015年

3 付智勇;有機太陽能電池D-A型供受體材料的理論研究[D];西南大學;2015年

4 蔡佳林;利用飛秒瞬態(tài)時間分辨率吸收光譜對有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化機理研究[D];河北大學;2015年

5 李盼盼;含傒二酰亞胺(PDIs)單元的有機半導體材料的合成、表征及其應(yīng)用[D];上海師范大學;2015年

6 張旋;PIN型有機太陽能電池光學特性的數(shù)值模擬[D];西安石油大學;2015年

7 豐艷婷;有機太陽能電池中光誘導電荷轉(zhuǎn)移的理論研究[D];遼寧大學;2015年

8 萬瑛博;富勒烯二加成衍生物的核磁共振波譜研究[D];蘇州大學;2015年

9 徐曉娟;有機太陽能電池/有機—無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的模擬[D];蘇州大學;2015年

10 李萌;基于聚噻吩及富勒烯衍生物材料有機太陽能電池光電性能研究[D];河南師范大學;2015年

，

本文編號：1061914