含三苯胺、噻吩、苯并噻二唑的光伏材料合成及性能研究

论文摘要

太阳能作为可再生能源之一尚未被完全开放利用。尽管基于无机半导体的无机太阳能电池能有效的捕获太阳光,但是其成本过高而且环境不友好,正是这些原因大大推动了有机太阳能电池的研究。有机太阳能电池成本、低易加工、原料来源广泛。其中聚合物太阳能电池（PSCs）和染料敏化太阳能电池（DSSCs）的已成为科学家们瞩目的对象。有机太阳能电池材料的吸收光谱、空穴传输性能和溶解性对太阳能电池效率有很大的影响。为了拓宽和增强给体材料的吸收光谱、提高其空穴传输性能和溶解性,本论文设计并合成一系列新型光伏材料。结果如下：1.合成了三种新型含三苯胺、苯并噻二唑和噻吩的共轭聚合物P1、P2和P3,并将聚合物应用于PSCs。我们测试了聚合物的热学、光学、电化学及光电等方面的性能。结果表明：三苯胺单元（TPA和TPD）对拓宽聚合物的吸收光谱、提高空穴传输性能和光伏性能有重要作用。在模拟太阳光AM 1.5 100 mW/cm2下,基于三种低能隙聚合物/PC61BM（1:4 w/w）制作的PSCs的光电转换效率分别为0.97%、0.49%、1.11%。2.合成了一个含有双N,N-二对甲苯基苯胺为电子给体,3-己基噻吩为π-共轭体系和氰基乙酸为电子受体的非金属有机小分子染料FD1。我们研究了在π-共轭体系引入双键对染料的光物理、电化学、光伏性能的影响。研究表明,累积双键可以使FD1的紫外吸收光谱拓宽并红移,摩尔吸光系数明显增大。通过对溶剂和二氧化钛膜厚的优化,在模拟太阳光照射下（AM 1.5,100 mW/cm2）,基于染料FD1的DSSCs光电转换效率高达7.04%（Jsc=12.57 mA/cm2,Voc=0.76 V,FF=0.74）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 聚合物太阳能电池（PSCs）的研究进展
• 1.2.1 聚合物太阳能电池的器件结构
• 1.2.2 聚合物太阳能电池的工作原理
• 1.2.3 有机太阳能电池的表征与参数
• 1.2.4 聚合物太阳能电池的材料
• 1.3 染料敏化太阳能电池（DSSCs）的研究发展
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池结构与工作原理
• 1.3.2 影响DSSCs效率的因素
• 1.3.3 染料光敏化剂的研究进展
• 1.4 论文的设计思想与研究内容
• 第2章 含三苯胺、苯并噻二唑的低能隙聚合物的合成及光伏性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器及试剂
• 2.2.2 单体和聚合物的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 实验过程优化与总结
• 2.3.2 聚合物的热性能
• 2.3.3 共聚物的光学性能
• 2.3.4 共聚物的电化学性能
• 2.3.5 共聚物的光伏性能
• 61BM活性层表面形貌的分析'>2.3.6 聚合物/PC₆₁BM活性层表面形貌的分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 双N,N-二对甲苯基苯胺给体有机染料的合成及其光伏性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和药品
• 3.2.2 中间体和目标染料的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 合成路线的选择及和目标染料的合成与表征
• 3.3.2 染料的光物理性质
• 3.3.3 染料的电化学性能
• 3.3.4 染料的光伏性质
• 3.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 试剂来源及纯度
• 附录B 仪器及测试条件和方法
• 攻读硕士学位期间发表论文情况