三苯胺衍生物的光物理行为及光电转换聚合物的性能研究

论文摘要

本文首先以二苯胺、苯胺、对硝基苯胺为原料，加入对氟硝基苯在一定条件下缩合生成了4-硝基-三苯胺、4，4′-二硝基-三苯胺及4，4′，4″-三硝基-三苯胺。然后用Pd-C催化，将硝基取代三苯胺加氢还原得到4-氨基-三苯胺、4，4′-二胺基-三苯胺及4，4′，4″-三氨基-三苯胺。测试了各种三苯胺衍生物在不同极性溶剂、温度、浓度和猝灭剂时的荧光光谱和吸收光谱，研究了其光物理性能。从分子设计入手，在苝四酸二酐和萘四酸二酐分子上引入三苯胺基团，即用苝（萘）四羧酸二酐分别与4-氨基-三苯胺、4，4′-二胺基-三苯胺及4，4′，4″-三氨基-三苯胺反应，合成了一系列新型染料敏化剂。通过元素分析和傅立叶变换红外（FTIR）等方法表征了酰亚胺衍生物的分子结构；热重分析（TGA）、差热分析（DSC）研究表明其具有良好的热稳定性；紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和循环伏安法（CV）研究了三苯胺结构基团的引入对酰亚胺衍生物的分子能级结构的影响规律，发现三苯胺基团的引入改变了整个染料体系的能级结构，染料的最低未占有轨道（LUMO）能级下降，激发态能级与二氧化钛导带能级相近，轨道发生相互偶合，更利于电子的传递；用UV-Vis、荧光光谱仪（PL）和分子构象模拟等手段研究了引入三苯胺基团对酰亚胺衍生物分子聚集方式的影响规律，证明各苝（萘）酰亚胺衍生物形成了非共面结构。制备了TiO2纳米晶多孔膜电极，以合成的各种酰亚胺衍生物为染料对其进行光敏化，组装了电池器件。观察到敏化后的太阳能电池在可见光区域有很强的光电流响应，在90mW／cm2的白光照射下，器件的短路光电流为0.23mA／cm2，开路光电压为300mV，填充因子48％，400nm波长处的光电转换效率（IPCE）达到45％，总效率为0.033％。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能电池发展历史
• 1.3 有机太阳能电池的分类
• 1.3.1 肖特基型电池
• 1.3.2 P-N异质结型电池
• 1.3.3 染料敏化太阳能电池DSC型电池
• 1.4 染料敏化纳米晶太阳能电池简介
• 1.4.1 染料敏化纳米晶太阳能电池结构
• 1.4.2 染料敏化太阳能电池的工作原理
• 1.4.3 染料敏化太阳能电池的主要性能参数
• 1.4.4 染料敏化太阳能电池存在的问题进行总结和探讨
• 1.4.5 目前使用的染料的分类
• 1.5 课题的提出及意义
• 1.6 课题来源
• 第2章 实验部分
• 2.1 主要仪器和试剂
• 2.1.1 主要仪器
• 2.1.2 主要试剂
• 2薄膜电极的制备'>2.2 染料敏化纳米晶TiO₂薄膜电极的制备
• 2.2.1 溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛
• 2.2.2 水热法制备纳米二氧化钛
• 2薄膜的制备'>2.2.3 TiO₂薄膜的制备
• 2.2.4 染料的吸附
• 2.3 单体的合成
• 2.3.1 单体Ⅰ的合成
• 2.3.2 单体Ⅱ的合成
• 2.3.3 单体Ⅲ的合成
• 2.4 单体结构的表征
• 2.5 单体光物理性能的测试
• 2.6 含苝酰亚胺及含萘酰亚胺的合成
• 2.6.1 含苝酰亚胺AⅠ的合成
• 2.6.2 含苝酰亚胺AⅡ的合成
• 2.6.3 含苝酰亚胺AⅢ的合成
• 2.6.4 含萘酰亚胺BⅠ、BⅡ、BⅢ的合成
• 2.7 含苝酰亚胺及含萘酰亚胺结构的IR测定
• 2.8 含苝酰亚胺及含萘酰亚胺的元素分析
• 2.9 含苝酰亚胺及含萘聚酰亚胺的热分析
• 2.10 含苝酰亚胺及含萘酰亚胺的UV-VIS及荧光光谱测定
• 2.11 含苝酰亚胺及含萘酰亚胺的电化学性能测试
• 2.12 电池的组装及性能测试
• 2.13 本章小结
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 纳米晶电极微结构表征
• 3.1.1 扫描电镜分析
• 3.1.2 XRD图谱分析
• 3.1.3 紫外-可见吸收光谱分析
• 3.1.4 吸附染料后的吸收光谱
• 3.1.5 本节小结
• 3.2 单体的表征和光物理性能测试
• 3.2.1 单体的红外分析
• 3.2.2 单体光物理性能的测试
• 3.2.3 本节小结
• 3.3 聚合物结构表征及性能研究
• 3.3.1 苝（萘）酰亚胺基本性质
• 3.3.2 含苝酰亚胺及含萘酰亚胺红外谱图解析
• 3.3.3 含苝酰亚胺及含萘酰亚胺元素分析
• 3.3.4 含苝酰亚胺及含萘酰亚胺热分析
• 3.3.5 聚合物光物理性能研究
• 3.3.6 含苝酰亚胺及含萘酰亚胺电化学测试与分析
• 3.3.7 本节小结
• 3.4 电池的组装及性能分析
• 3.4.1 太阳能电池的组装
• 3.4.2 太阳能电池性能测试
• 3.4.3 本节小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所发表的论文