含邻菲咯啉衍生物或8-羟基喹啉衍生物的主链聚合金属配合物设计合成及其光伏性能研究物理化学专业论文.docxVIP

湘潭大 湘潭大学 2009 级硕士毕业论文 I I 摘 要 能源资源是新世纪世界争夺的焦点，它将成为世界冲突的首要原因。传统的化石能 源面临资源枯竭还会产生严重的环境污染等问题，这不利于改善民生，也不利于提高人 民的生活水平。因此发展无污染的清洁可再生能源是解决能源危机及环境问题的重要举 措。 染料敏化太阳能电池做为可再生能源利用的重要组成部分，自1991年光电转换效率 大于7%的电池问世以来，掀起了科学家们的研究热潮，目前其能量转换效率已经可以 与硅太阳能电池相媲美了。预计在不久的将来就会实现工业化生产从而进入到商业化阶 段，但该类电池要广泛应用，还需要提高器件的使用寿命、开发出低成本无毒的染料等。 在文献调研的基础上，考虑到有着D-π-A体系的有机光敏化染料有着高的摩尔吸光率、 原料易得、易于结构修饰、能隙较低等优点，而金属配合物类的染料有着较高的能量转 换效率以及良好的热稳定性能，因此将金属配合物嵌入到有机分子链中，理论上可以制 备出兼具配合物染料与有机染料各自优点的新型光敏染料。 聚合金属配合物具有良好的光热稳定性以及较宽的吸光范围，该类配合物在发光器 件中已经得到了深入的研究，但是在太阳能电池领域的研究目前还只停留在探索阶段。 因此，本文将咔唑、烷基芴、烷氧苯等不同有机单元通过反应接入到羟基喹或邻菲咯啉 衍生物的金属配合物上形成两系列主链型聚合物金属配合物，然后将其做为染料敏化剂 应用于染料敏化太阳能电池器件中，研究其光伏性能，有望得到稳定性能好、开路电压 高、能量转换效率高的染料，这对于拓宽该领域的发展有着重要意义。 研究表明制得的目标染料（P1、P2、P3、P4；PKLB-Zn、PKLW-Zn、PKLB-Cd和 PKLW-Cd）有着良好的热稳定性；它们的HOMO能级及LUMO能级均符合光敏剂的要求； 含噻吩衍生物的P1、P2、P3和P4器件能量转换效率分别为0.63%、0.54%、0.735%和 0.571%；含喹啉衍生物的PKLB-Zn、PKLW-Zn、PKLB-Cd和PKLW-Cd器件能量转换效 率分别为2.17%、2.04%、2.45%和2.18%。基于它们的电池器件均具有较高的开路电压， 且最高开路电压达0.745 V（PKLW-Cd）。实验结果说明烷氧基苯是一类优异的供电基团， 它在提高电池性能方面发着重要作用；原子半径较大的镉在提高电池性能方面要优于 锌。这些研究结果为我们下一步的研究工作指明了方向，同时也表明这类新型的聚合金 属配合物在染料敏化太阳能电池领域有一定的应用前景，这为开发新型染料敏化剂扩宽 了思路。 关键词: 染料敏化太阳能电池; 光电材料；染料敏化剂；聚合金属配合物 II II Abstract Energy resource is the focal point of the new century, because it will become the primary cause of the conflict around the world. The traditional fossil energy resource will be exhausted and cause serious environmental pollution, which is not conducive to improve peoples livelihood, and not conducive to improve peoples living standards. Therefore, the development of clean renewable energy is an important measure to solve the energy crisis. As an important solar photovoltaic conversion form, dye-sensitized solar cells (DSSCs) hold the energy conversion efficiency of over 7% in 1991, and set off scientists’ research boom. The energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cells can be comparable to silicon solar cells. It will be become industrial production and further into the commercialization stage in the near future, but there will be