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随着煤、石油、天然气等能源的逐步消耗,能源危机已展现在全人类面前。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源,太阳能电池的研究与应用已经越来越受到重视。无机材料的太阳能电池虽早已商品化,然而由于其制造成本高,以及无机材料不可降解和不宜柔性加工等问题,人们开始了有机太阳能电池的研究。有机太阳能材料加工方便,成本低,可以通过分子设计实现多功能化,同时可制备具有弯曲和大面积器件的优点,自其出现就受到人们的青睐。各国化学家、物理学家和材料学家从材料的选择和器件的优化对有机太阳能电池做了深入的研究,并取得可喜成果。但目前有机太阳能电池的光电转换效率还是比较低,只有得到更高效率、性能稳定的太阳能电池,才能实现其商业化。
本论文合成出八丁氧基酞菁铜、八己氧基酞菁铜、八辛氧基酞菁铜三种酞菁铜类化合物,并分别对他们进行红外光谱、紫外可见光谱、溶解性、循环伏安测定等,发现三种化合物性质相仿,对太阳光谱有较好的吸收,同时能隙宽度符合太阳能电池材料的要求,而在二氯甲烷、氯仿和DMF中均有较好的溶解性便于加工成型,这三种材料有望成为太阳能电池材料。
由于聚芴(PFO)及其衍生物具有较好的化学稳定性和热稳定性,其光电性能的研究也从发光材料拓展到了太阳能电池材料。但聚芴和太阳光谱不能很好的匹配,使得它在太阳能电池材料的应用上受到限制。
在三种酞菁铜化合物中,八辛氧基酞菁铜由于侧链最长,溶解性最好。我们从中优选出八辛氧基酞菁铜分别和聚芴(PFO)及其衍生物(PFO-DBT35)以不同比例共混,紫外可见光谱分析发现PFO与Pc的质量比为1:1对太阳光的吸收有效,可作为太阳能电池的受体材料。当PFO-DBT35与Pc以质量比2:l共混时,经紫外可见光谱分析其对太阳光的吸收有效。而且,经光致发光光谱分析混有酞菁的PFO-DBT35最大发射峰完全消失,这是酞菁铜作为电子受体,PFO-DBT35作为电子给体,发生了有效的光诱导电荷转移和分离,因此该共混物可作为P-N结太阳能电池材料。