基于二噻吩并吡咯的高分子染料的设计与合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yijixu
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通过吸收太阳光受激发并将激发态电子注入到负载体纳米半导体的导带中是光敏染料在染料敏化太阳能电池中起到的作用。在这个过程中所产生的氧化态染料很快又会被电解质还原再生。敏化染料的性能是决定染料敏化太阳能电池的光电转换效率的重要因素之一。  高分子本身就有易加工,易成型,低成本,高稳定性等优点,并且还具有足够大的吸收系数,可以调控的能级和在不同基质上沉积的简便性,所以它是染料敏化电池中有机敏化剂的候选材料之一。  本论文共设计并合成了三个基于二噻吩并吡咯的共轭高分子。共分为四章:  在第一章中综述了染料敏化太阳能电池的基本原理,基本组成及相应发展,尤其是光敏染料的设计原理方法,并介绍了高分子染料在染料敏化太阳能电池方面的研究和发展。  在第二章中详细叙述了二噻吩并吡咯-咔唑类光敏染料的合成,并以核磁数据及红外谱图确定了反应的进行和产物的合成。该聚合物是以咔唑和二噻吩并吡咯单元为给体,以氰基乙酸吸电子基团为受体,且最终以此材料为基础的太阳能电池器件的光电转化效率为0.3%。  在第三章中同样涉及二噻吩并吡咯类共轭体系,是在第二章材料的基础上以三苯胺噻吩单体取代了其中的咔唑,以改善材料的吸光性,从而提高器件的性能。最终以此材料为基础的太阳能电池器件的光电转化效率达到2.3%。  虽然第三章材料较第二章的性能有了较大的提高,但是在第二、三章中材料普遍存在着分子间堆积作用强的问题,分子间堆积作用强,会导致分子间电荷转移的情况,从而影响电子有染料注入二氧化钛中,降低太阳能电池器件的性能。在第四章中为了进一步提高材料的性能,在第三章材料的基础上将给、受体之间的噻吩环去掉,从而减小共轭面积,改善材料的分子间堆积作用,而最终以此材料为基础的电池器件的光电转化效率达到3.6%。
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