两种含钌聚合物光伏材料的合成与表征

论文摘要

本论文基于染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cells，简称DSSC）对敏化剂和电解质的要求及其最新发展趋势，设计并合成了两个系列同时带有空穴传输基团和染料部分的双功能聚合物光伏材料。 首先，参照文献合成了两种联吡啶钌小分子配合物RudmbpyCl2（Ru-1）和Ru[bpy（COOEt）2]2Cl2)（Ru-2）。以1H NMR、Ft-IR确定了其结构；UV-vis吸收光谱表明其吸收范围在300～700nm之间，与太阳光谱很匹配；循环伏安特性测量表明其能级与二氧化钛能级匹配。 其次，通过自由基聚合分别制备了甲基丙烯酸甲酯—乙烯基咔唑—乙烯基吡啶共聚物（简称PV）和甲基丙烯酸甲酯—乙烯基咔唑—丙烯酸共聚物（简称PA）两种共聚物。其中，咔唑基团的引入可增加聚合物的空穴传输能力；具有配位能力的吡啶基团或羧基的引入使聚合物易于结合小分子钌配合物。再将一定量的PV与Ru-1、PA与Ru-2反应制备了两个系列同时含钌配合物染料和乙烯基咔唑的双功能聚合物光伏材料PV-Ru和PA-Ru。 最后，用GPC、FT-IR、UV-vis、TG和CHI650电化学工作站对PV、PA、PV-Ru和PA-Ru结构和性能进行了表征。FT-IR和UV-vis结果表明，小分子联吡啶钌配合物成功地键合到共聚物侧链上；热分析结果表明，联吡啶钌配合物的引入，改善了聚合物的热稳定性，热分解温度提高了近50℃；UV-vis结果显示，聚合物具备了小分子联吡啶钌配合物的光吸收性能，能有效的吸收太阳能量；从电化学测得的数据看出聚合物的能级与二氧化钛能级匹配。 通过以上研究，本论文作者认为PV-Ru和PA-Ru在热性能、光谱吸收和能级匹配方面都满足制备DSSC的要求，有可能在DSSC器件制备中作为空穴传输材料和染料敏化剂。

论文目录

• 摘要
• Abstact
• 目录
• 第一章 文献综述和课题提出
• 1.1 染料敏化太阳能电池（DSSC）的发展简介
• 1.2 染料敏化太阳能电池的特点
• 1.3 染料敏化纳米太阳能电池的结构和基本原理
• 1.4 影响DSSC太阳能电池转换效率的因素
• 1.4.1 电极
• 1.4.2 染料敏化剂
• 1.4.3 电解质
• 1.5 聚合物在DSSC中的应用
• 1.5.1 聚合物作为电解质在DSSC中的应用进展
• 1.5.2 聚合物作为空穴传输材料
• 1.5.3 聚合物作为敏化剂在DSSC中的应用进展
• 1.6 课题的提出
• 第二章 原料试剂纯化和仪器
• 2.1 原料和试剂
• 2.2 试剂的纯化
• 2.2.1 原料的纯化
• 2.2.1 溶剂的纯化
• 2.3 主要实验设备仪器
• 2.4 测试设备仪器
• 第三章 联吡啶钌小分子配合物的合成与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 Ru-1的合成
• 3.2.2 Ru-2的合成
• 3.3 结果讨论
• 3.3.1 物理性质
• 3.3.2 核磁
• 3.3.3 红外光谱分析
• 3.3.4 紫外吸收性能
• 3.3.5 循环伏安特性
• 3.4 本章小结
• 第四章 含钌聚合物（PV-Ru）的合成与表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 乙烯基咔唑-甲基丙烯酸甲酯-乙烯基吡啶共聚物（PV）的合成
• 4.2.2 含钌聚合物（PV-Ru）的合成
• 4.3 结果讨论
• 4.3.1 分子量及其分布
• 4.3.2 溶解性
• 4.3.3 红外光谱分析
• 4.3.4 热稳定性分析
• 4.3.5 紫外-可见吸收光谱分析
• 4.3.6 循环伏安特性
• 4.4 本章小结
• 第五章 含钌聚合物（PA-Ru）的合成与表征
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 乙烯基咔唑-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物（PA）的合成
• 5.2.2 乙烯基咔唑-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物中羧基的测定
• 5.2.3 含钉聚合物（PA-Ru）的合成
• 5.3 结果讨论
• 5.3.1 分子量及其分布
• 5.3.2 溶解性
• 5.3.3 红外光谱分析
• 5.3.4 热稳定性分析
• 5.3.5 紫外-可见吸收光谱分析
• 5.3.6 循环伏安特性
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢