【摘 要】
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随着全球能源日益紧张,太阳能电池已成为当前研究开发的热点之一.光吸收材料是太阳能电池的重要组成部分,对太阳能电池的光电转换效率和使用寿命有决定性影响.当前在染料敏化太阳能电池领域出现了许多优异的小分子光吸收材料,如二联吡啶钌配合物染料"N3"和三联吡啶钌配合物染料"黑染料","N3"在400-800nm范围内IPCE都很高,而"黑染料"更是拓展到920nm.本文的设计思路就是通过化学修饰,把这些优
【机 构】
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郑州大学材料物理教育部重点实验室,河南郑州,450052;郑州大学材料科学与工程学院高分子系,河南郑州,450001
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随着全球能源日益紧张,太阳能电池已成为当前研究开发的热点之一.光吸收材料是太阳能电池的重要组成部分,对太阳能电池的光电转换效率和使用寿命有决定性影响.当前在染料敏化太阳能电池领域出现了许多优异的小分子光吸收材料,如二联吡啶钌配合物染料"N3"和三联吡啶钌配合物染料"黑染料","N3"在400-800nm范围内IPCE都很高,而"黑染料"更是拓展到920nm.本文的设计思路就是通过化学修饰,把这些优异的小分子染料挂接到聚合物的主链或侧链中,制备含金属聚合物光敏剂.首先设计并合成了乙烯基咔唑-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物(PA)和小分子钌染料(Ru-2),然后用一定量的PA和Ru-2在溶剂中回流制备含钌金属聚合物(PA-Ru).PA-Ru的化学结构如下图所示,其中乙烯基咔唑可以增加聚合物的空穴传输能力,钌金属配合物染料使聚合物具有较强的光捕获能力,甲基丙烯酸甲酯被用来调控聚合物中空穴传输基团和螯合配体羧基的含量,没有配位的羧基有助于聚合物染料吸附在二氧化钛表面上.用1HNMR、FT-IR、GPC、UV-vis、TG和CHI650电化学工作站对PA、Ru-2和PA-Ru的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;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.总之,PA-Ru在热性能、光谱吸收和能级匹配方面都能满足光吸收材料的要求,有可能在太阳能电池器件制备中作为具有空穴传输能力的光吸收材料使用.
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