N,N-二苯腙类染料和二茚并吡嗪类共轭聚合物的合成及其光伏性质的研究.pdf

N,N-二苯腙类染料和二茚并吡嗪类共轭聚合物的合成及其光伏性质的研究.pdf学校代号10530 ,N-二苯腙类染料和二茚并吡嗪类共轭聚合物的合成及其光伏性质的研究学位申请人刘新平指导老师沈平副教授学院名称化学学院学科专业有机化学研究方向有机功能材料二零一二年四月十六日湘潭大学硕士论文Synthesis and photovoltaicproperties of N, N-diphenylhydrazone dyesandconjugated polymersbased ondiindenopyrazineCandidateXinping LiuSupervisorAssociate Prof. Ping ShenCollegeCollege of Chemistry anic anic Functional MaterialDegreeMaster of Science UniversityXiangtan University DateApr i l, 2012湘潭大学硕士论文湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日湘潭大学硕士论文I摘要本论文对染料敏化太阳能电池(DSSCs) 和聚合物太阳能电池(PSCs) 的光敏材料及器件的新近研究进展进行了简要的综述。为了更好的研究染料分子中的π-共轭桥对染料光电性能的影响规律和调控聚合物的吸收光谱、前线分子轨道分子能级、带隙及电荷传输性能,我们设计并合成了一类以N,N-二苯基腙为电子给体的D-π-A型纯有机染料和基于二茚并吡嗪的共轭聚合物。通过核磁共振、红外光谱、元素分析等分析测试手段对合成的染料分子和聚合物的结构进行了表征和确证。利用紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱、循环伏安法等研究了染料分子和聚合物的光物理和电化学性质,同时制备了基于所合成的染料和聚合物的染料敏化和聚合物光伏器件,研究了DSSCs和PSCs的光伏性能。主要的研究内容和结果如下:1. 设计并合成了四个以N, N-二苯腙为电子给体(D)、不同芳香环为π共轭桥、氰基乙酸为电子受体(A) 的D-π-A型纯有机染料分子HB、HP、HF和HT。重点研究了不同芳香性共轭桥(苯、吡咯、呋喃和噻吩) 对染料的光物理性质、电化学性质以及光伏性质的影响规律。基于四种染料的DSSCs光伏性能测试结果表明N,N-二苯腙是一类良好的电子给体材料,同时不同的芳香共轭桥对染料的光电性质具有明显的影响。以吡咯环为共轭桥的染料HP表现出最优的光伏性能,%(Jsc= , Voc= , FF = )。2. 设计并合成了三个以N, N-二苯腙为电子给体,噻吩衍生物为π-共轭桥、氰基乙酸为电子受体的D-π-A型纯有机染料分子HM、HE和HO。系统地研究了噻吩衍生共轭桥对染料分子的光物理性质、电化学性质以及光伏性质的影响规律。基于三种染料的DSSCs光伏性能测试结果表明不同的噻吩衍生共轭桥对染料的光电性质具有明显的影响。以3,4-二辛氧基噻吩为共轭桥的染料HO表现出最优的光伏性能,%(Jsc= ,Voc= ,FF = )。3. 设计并合成了六个基于二茚并吡嗪(IPY) 单元的新型共轭聚合物PIPY-DTBT、PIPY-DTBTA、PIPY-DTTT、PIPY-BT、PIPY-BDT和PIPY-TT。系统地研究了与IPY共聚的单元的给/吸电子能力对聚合物的热稳定性、光物理、电化学性质以及其光伏性能的影响规律。结果表明:IPY是一个具有良好共平面性的弱给体单元,与吸电子单元(苯并噻二唑、苯并三氮唑、噻唑并噻唑) 共聚能够获得高的开路电压(~ V);另外,通过与不同给/吸电子属性的结构单元共聚,可实现对聚合物的吸收光谱、能隙和分子能级得到有效调控。基于这类新型共聚物的