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D-π-A结构的超支化聚合物和线型双给体有机染料的合成及光伏性能研究

唐宇华  
【摘要】: 本论文介绍了染料敏化太阳能电池(DSSCs)的基本知识,重点综述了染料敏化剂的研究进展。染料敏化剂是影响DSSCs能量转换效率的关键因素,因此本论文以构筑新型结构的染料敏化剂为出发点,设计并合成了一系列具有给体-共轭桥-受体(D-π-A)结构的超支化聚合物和D-D-π-A结构的线型双给体有机染料敏化剂。通过核磁共振、红外光谱、飞行质谱等分析测试手段对所合成的化合物的结构进行了表征,并利用紫外光谱、荧光光谱、循环伏安等系统地研究了所合成的超支化聚合物和有机小分子染料的光物理性质和电化学性质。同时,研究了基于所合成的超支化聚合物和双给体有机染料所组装的染料敏化太阳能电池的光伏性能。本论文获得的主要研究结果如下: 1.设计并通过A3+B2型Wittig-Horner聚合反应合成了三种新型的具有相同的共轭核结构和不同端基的超支化聚合物(H-tpa,H-cya和H-pca),并系统地研究了不同的端基对超支化聚合物的光物理、电化学和光伏性能的影响。研究结果表明在超支化聚合物中引入D-π-A结构有利于分子内电荷转移和光电流的产生;并且超支化聚合物的三维空间结构可有效抑制其自身在TiO2表面的聚集,降低了激子复合几率。在模拟太阳光AM 1.5 G(100 mW/cm2)照射下,基于染料H-pca敏化的太阳能电池表现出最好的光伏性能,其能量转换效率达到了3.93%(Jsc = 8.78 mA/cm2,Voc = 0.65 V,FF = 0.688)。 2.设计并合成了三个具有D-D-π-A结构的线型双给体有机小分子染料SD6、SD7和SD8。系统的研究了双给体型结构对染料的光物理、电化学和光伏性能的影响。结果表明,双给体型结构可拓宽染料的吸收光谱和提高对太阳光的吸收能力。三种双给体染料敏化的太阳能电池均表现出优异的光伏性能,其中染料SD6表现出最好的光伏性能,它在427 nm处有最大的IPCE值约为73%,其能量转换效率高达7.03%(Jsc = 14.25 mA/cm2,Voc = 0.70 V,FF = 0.705)。


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