含芴和8-羟基喹啉的聚合金属配合物的合成及光伏性能-应用化学专业论文.docxVIP

摘 要 摘 要 染料敏化太阳能电池因具有制备工艺简单、节能、绿色环保等特点，而成为近年来 光伏领域的研究热点。作为染料敏化太阳能电池的核心部分，光敏染料主要起着吸收太 阳光并将激发态电子注入到纳米半导体导带的作用，是DSSCs获得高光电转换效率和长 寿命的决定因素之一。至目前为止，虽然钌吡啶配合物染料光敏效果最好，但贵金属钌 的使用使得染料成本居高不下，同时该染料的分离提纯也很困难。而有机染料种类繁多， 光物理性质调控方便，易于制备和提纯，其使用将有望提高电池的效率和降低电池的成 本。有机染料一般为D-π-A型结构，即具有电子给体-π桥基-电子受体的电子推拉体系。 通过加强染料D-π-A体系的电子推拉能力，不仅可以有效地拓宽染料分子的光谱响应范 围，而且还可以实现染料激发态时电荷的有效分离，从而使电池的转化效率得到提高。 聚合金属配合物是有机配体和金属离子之间通过配位键形成的具有无限网络结构 的配合物。由于其兼具了无机金属配合物与高分子材料的特征，在电学、光学、磁性等 方面表现出独特的性能，使得它们在诸多领域具有广阔的应用前景和价值。 基于以上研究背景，我们设计了六种新型的 D-π-A 结构的聚合金属配合物。并对其 开展研究工作，主要内容及结论如下： 1、本文设计合成了四种以 8-羟基喹啉金属配合物为电子受体，芴乙烯单元为 π-桥 基，通过改变不同的供电子体如取代苯、咔唑和芴的侧链型聚合金属配合物 P1, P2, P3 和 P4，并通过核磁、红外和元素分析等手段对其进行了表征。 2、设计了以辛基取代苯为电子供体，芴席夫碱为 π-桥基，改变不同金属的 8-羟基 喹啉金属配合物为电子受体，得到了两种侧链型聚合金属配合物 PF1 和 PF2，并对这些 聚合物进行了表征确认。 3、研究了六种聚合金属配合物 P1, P2, P3, P4, PF1 和 PF2 的电化学性质，结果表明， 这些染料分子的 LUMO 和 HOMO 能级均可以满足其作为光敏染料的能级要求，即染料 激发态产生的电子向半导体 TiO2 导带的注入和氧化态染料从电解质的氧化还原电对中 得到电子实现其再生所要求的能级。 4、通过对所合成的聚合金属配合物进行的热稳定性测试，得到这些聚合金属配合 物材料都具有较好的热稳定性。 5、测试了将所合成的聚合金属配合物材料作为光敏染料应用到染料敏化太阳能电 池的光伏性能。在标准模拟太阳光下，测定了基于聚合金属配合物 P1-P4/TiO2 敏化电池 的光伏性能，其能量转化效率分别为 0.34%, 0.29%, 0.56%和 0.23%。在同样测试条件下， 得到染料 PF1 和 PF2 敏化电池效率依次为 0.32%和 0.24%。 关键词: 染料敏化太阳能电池；8-羟基喹啉；芴；有机染料；聚合金属配合物 I Abstract Abstract Dye-sensitized solar cells (DSSCs) become one of the most promising candidate photovoltaic cells due to the versatile, energy-saving, and environmentally friendly nature compared with inorganic solar cells. A dye is the core of such a cell. Sunlight is harvested by a dye, and then photo-excitation of the dye results in the injection of electrons into the conduction band of the oxide. The dye is one of the most important parts for DSSCs to obtain high efficiency and long life time. Until now, the performances of Ru-complexes have been greatest. However, the use of precious metal ruthenium brings about the high cost and the separation and purification of the dye is also very difficult. So, organic dyes are increasingly applied in DSSCs by virtue of their high molar extinction coefficient, easy prepara