由于葉啉化合物具備高的摩爾吸收系數(shù),良好的熱穩(wěn)定性,優(yōu)異的電化學(xué)性能和電子傳輸能力等特點,使得基于卟啉的化合物或聚合物成為了新型太陽能電池的染料敏化劑和活性層材料。本文綜述卟啉化合物在本體異質(zhì)結(jié)太陽電池(BHJ SCs)以及染料敏化太陽電池(DSSCs)中的研究進展,以及作為染料敏化劑和活性層材料的相關(guān)設(shè)計策略。通過考慮吸收光譜、分子能級、溶解性能、電子/空穴遷移率以及相形貌等方面,設(shè)計并合成了四個基于卟啉的聚合物給體材料和兩個基于三苯胺衍生物連卟啉的染料分子。利用核磁共振譜圖、飛行時間質(zhì)譜和元素分析等測試手段對合成的中間體以及目標(biāo)分子進行了表征。本論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)設(shè)計并合成了四個基于吡咯并吡咯二酮(DPP)和含柔性烷基間隔連接的四噻吩卟啉(TTP)作為側(cè)鏈的咔唑單元的共聚物(XP10,XP11,XP12和XP13)。系統(tǒng)研究了 TTP的引入對共聚物的光學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)、形貌、遷移率和光電性能的影響。研究結(jié)果顯示,TTP/DPP比例為2/8的XP11具有最好的性能,包含寬的吸收光譜,平衡的空穴/電子遷移率和適合的微相分離等。在通過溶液蒸氣退火優(yōu)化之后,基于XP11和PC71BM的有機太陽能電池器件表現(xiàn)出5.11%的最佳能量轉(zhuǎn)換效率(PCE),其短路電流密度(Jsc)為10.36 mA/cm2,開路電壓(Voc)為0.77V,填充因子(FF)為0.64。(2)設(shè)計并合成了基于三苯胺衍生物、卟啉單元和苯并噻二唑單元(BT)的兩個染料分子(XDBT和XDffBT)。研究了 BT上F原子的引入對染料的光物理性能、電化學(xué)性能、吸附量、阻抗以及光伏性能的影響。研究結(jié)果顯示,BT上含F(xiàn)原子的染料獲得了高的摩爾吸收系數(shù)、高的開路電壓、略少的吸附量以及強的聚集現(xiàn)象。在加入1mM的CDCA后,XDBT獲得了 5.24%的PCE,而XDffBT獲得了4.17%的PCE。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34;TM914.4
【部分圖文】：

圖１．１幾種基于卟啉的小分子給體結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｅｒｎａｎｄｏ邋Ｌａｎｇａ的研究小組多次研究了卟啉作為中心和３－乙基羅丹寧作為逡逑末端受體的分子結(jié)構(gòu)（圖１．２）。他們使用一個或者兩個噻吩作為間隔基分別合成逡逑了化合物Ｍｏｒａｎ－１和化合物Ｍｏｒａｎ－２１２６＾。通過在旋涂期間使用吡啶作為溶劑添加逡逑劑，并在活性層中使用不尋常的空穴傳輸層ＣｕＳＣＮ來代替普通的ＰＥＤＯＴ：邋ＰＳＳ，逡逑最終得到Ｊ７邋Ｍｏｒａｎ－１和Ｍｏｒａｎ－２的ＰＣＥ分別為６．５９％和７．２４％。幾個月后，具有逡逑類似結(jié)構(gòu)的Ａｒｒｅｃｈｅａ－１和Ａｒｒｅｃｈｅａ－２被報道間。第一種化合物類似于前面的化合逡逑物Ｍｏｍｎ－２，其中位于ｍｅｓｏ的噻吩基已經(jīng)被長鏈院氧基苯基所取代，而Ａｒｒｅｃｈｅａ－２逡逑末端基團是二氰基乙烯基受體單元而不是３－乙基鐃丹寧。使用ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／逡逑給體：ＰＣ７１ＢＭ／ＡＩ器件結(jié)構(gòu)，測量得到了邋Ａｒｒｅｃｈｅａ－１和Ａｒｒｅｃｈｅａ－２的ＰＣＥ分別為逡逑５．１４％和６．０６％。使用鋰鹽作為活性層和鋁電極之間的中間層進一步改善了后者逡逑的光伏性能。這有助于電荷提取和增強Ｊｓｃ和ＦＦ，最終ＰＣＥ達到了邋７．６３％。逡逑Ｘｉａｏ等人也開發(fā)了類似的結(jié)構(gòu)，如ＰＴＴＲ和ＰＴＴＣＮＲ（圖１．３尸８］。第一種也逡逑使用３－乙基羅丹寧作為缺電子單元，而第二種則是基于２－（Ｕ－二氰基－亞甲基）－３－逡逑乙基饒丹寧的衍生物。使用氯仿或氯苯／１

且己經(jīng)超過了含卟啉聚合物的最高ＰＣＥ值。實際上，這類分子結(jié)構(gòu)為Ａ－Ｄ－Ａ型逡逑結(jié)構(gòu)，其中包括苯并噻二唑作為Ａ單元的卟啉化合物ＤＨＴＢＴＺＰ和逡逑ＤＨＴＢＴＥＺＰ（圖１．３）。它們結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別在于后者中存在乙炔基橋，因此后者逡逑具有更好的平面共軛性。推拉效應(yīng)與分子中有效的電子離域的能力相結(jié)合，產(chǎn)生逡逑了低能量的激發(fā)態(tài)。對于ＤＨＴＢＴＥＺ來說，這種激發(fā)態(tài)的出現(xiàn)使得在８００邋ｎｍ附逡逑近出現(xiàn)新的寬而強烈的ＩＣＴ吸收帶。這種結(jié)構(gòu)差異反映在有機光伏器件的ＰＣＥ逡逑４逡逑

邐ＤＨＴＢＴＥＺＰ邋Ｒ＝Ｃ１２Ｈ２５逡逑圖１．３幾種Ａ－Ｄ－Ａ型卟啉小分子給體材料逡逑基于ＤＰＰ和卟啉單元的ＳＭ的第一種設(shè)計出現(xiàn)在２０１３年（見圖１．４所示的逡逑Ｐｏｒ－２）［３５〗，其中苯并噻二唑單元已被吡咯并吡咯二酮（ＤＰＰ）單元所取代。這種改逡逑進導(dǎo)致ＰＣＥ達到３．７１％，在活性層添加少量的吡啶進行優(yōu)化后，ＰＣＥ值得到了逡逑改善，達到了邋４．７８％。事實上，加入這種添加劑改善了活性層的形貌，從而改善逡逑／＊電荷傳輸和提高ｉ＂太陽能電池的整體效率。丨ｋｒ－２在［１卜Ｗ林大環(huán)的ｎｉｅｓｏ－苯基取逡逑代基的間位處具有長度為Ｃ１２的長烷基增溶鏈。為了研究這些鏈的影響，又合逡逑成ＤＰＰＥＺｎＰ－Ｏｌ％，它的烷基鏈被縮短了四個碳原子，并位于苯環(huán)的對位，因此逡逑它們位阻較小。與Ｐｍ＿－２不同，它們位于卟啉環(huán)的平面內(nèi)，這也導(dǎo)致較小的空間逡逑位阻和更強的分子間相互作用，最終ＰＣＥ提高至７．２３％。２０１５年，ＤＰＰＥＺｎＰ－０逡逑的性能通過太陽能電池制造過程中的優(yōu)化后得到進一步改善［３２＼在旋涂期間

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本文編號：2833439