新型咔唑衍生物的制备及其光电性能研究

论文摘要

近来,世界工业迅速发展,能源问题已被列在人类在未来50年面临的10大问题的首位。太阳能是国际公认的理想替代能源,清洁无污染且取自不尽,用之不竭,而太阳能电池就是将太阳光能直接转化为电能的装置,近年来研究最为热点的是敏化太阳能电池,其具有高效率、低成本、制备工艺简单等技术优势。目前普遍使用的光敏染料仍然为金属钌吡啶配合物,然而引入贵金属钌,成本较高,且环境污染比较严重。有机聚合物染料由于具有种类多、易于结构设计和制备提纯等优点,其使用有望代替金属配合物染料,解决电池高效率、低成本的问题。聚合物太阳能电池更是由于具有其优势才成为近年来研究的焦点。在制备聚合物太阳能电池中,聚咔唑（PVC）及其衍生物得到了深入的研究和广泛的应用。正式因为其特征的光物理和光化学性质,咔唑才受到研究者的广泛关注。同时,作为优良的电子传输体,8-羟基喹啉及其衍生物（特别是在5位上引入功能取代基）形成的配合物已在许多领域得到广泛使用。另外,1,10-菲啰啉是一种平面刚性的双齿配位体,在配位光化学领域中占有很重要的地位。因此本论文设计并合成了一系列咔唑聚合金属配合物,并通过多种测试手段如红外光谱、核磁共振和元素分析等对其结构进行了表征,同时通过热重分析和玻璃化转变温度测试了其热稳定性,并利用紫外光谱、荧光光谱、循环伏安法研究了聚合金属配合物的光电性质,最后测试了基于聚合金属配合物染料的太阳能电池的光伏性能。如第3章所合成的主链型聚合金属配合物PZn（Q）2-C和PNi（Q）2-C的能量转换效率分别为1.11%,0.45%。第4章所合成的侧链型聚合金属配合物P1-P3的能量转化效率分别为0.42%,0.44%和0.28%。上述光伏测试结果表明,我们所制备的基于聚合金属配合物染料/TiO2的太阳能电池都取得较好效果,在人们的共同努力下,聚合金属配合物有望成为新一代太阳能电池材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能电池的发展历程
• 1.3 太阳能电池的分类
• 1.3.1 按照电池结构分类
• 1.3.2 按照电池材料分类
• 1.4 有机聚合物太阳能电池
• 1.4.1 有机聚合物太阳能电池的结构和工作原理
• 1.4.2. 有机聚合物太阳能电池的材料
• 1.5 染料敏化纳米晶太阳能电池
• 1.5.1 染料敏化太阳能电池发展进展
• 1.5.2 染料敏化太阳能电池结构和工作原理
• 1.5.3 有关太阳电池的性能参数
• 1.5.4 光敏染料
• 1.6 聚合金属配合物的研究进展与应用
• 1.6.1 聚合金属配合物的定义与研究进展
• 1.6.2 聚合金属配合物的分类与应用
• 1.7 论文的设计思想与研究内容
• 第2章 实验试剂、仪器及测试条件
• 2.1 主要试剂及仪器设备
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2 实验仪器及测试条件
• 2染料敏化太阳能电池体系的制作'>2.2 聚合金属配合物/TiO₂染料敏化太阳能电池体系的制作
• 第3章 含咔唑和8-羟基喹啉的主链型聚合金属配合物的合成及光伏性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 配体和聚合金属配合物的合成
• 3.2.2 配体和聚合金属配合物的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 配体和聚合金属配合物的合成及表征
• 3.3.2 聚合金属配合物的热性能
• 3.3.3 紫外-可见吸收和荧光性能
• 3.3.4 聚合金属配合物的电化学性能
• 3.3.5 聚合金属配合物的光伏性能
• 3.4 本章小结
• 第4章 含咔唑和1,10-菲罗啉的侧链型聚合金属配合物的合成及光伏性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 聚合金属配合物的的合成
• 4.2.2 聚合金属配合物的的合成路线
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 配体和聚合金属配合物的合成及表征
• 4.3.2 聚合金属配合物的热性能
• 4.3.3 紫外-可见吸收及荧光性能
• 4.3.4 聚合金属配合物的电化学性能
• 4.3.5 聚合金属配合物的光伏性能
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表论文情况