新型D-π-A结构侧链聚合金属配合物合成及其光伏性能研究

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随着化石能源的消耗以及温室效应导致的全球气候变化加剧,能源问题已经成为世界性的问题。针对传统的化石能源面临资源枯竭的严峻形势,发展和利用新能源已经成为不可逆转的趋势,在众多的可再生能源中(如太阳能、水能、风能、地热能等),太阳能是目前公认的最为理想的替代能源,由于其清洁无污染且取自不尽,用之不竭等特点,因此注定会替代传统化石能源而成为未来能源市场上的主流。太阳能电池一种将太阳能转化成为电能的装置,近些年来染敏化太阳能电池由于其制作工艺简单、材料来源丰富、高效率、低成本等技术优点而成为研究的热点。染料敏化剂是染敏化电池的核心组成部分,目前使用的最普遍的染料是钌联吡啶配合物光敏染料,尽管钌配合物染料取得了令人瞩目的成绩,然而钌配合物染料由于贵金属钌来源受限、提纯困难以及对环境造成永久的污染等使其利用发展遇到瓶颈。发展无毒的,常规的过渡金属配合物染料将会有很大的发展潜力。经过数年的发展,许多染料被开发合成出来,光敏染料的分子结构和电池的光伏性能之间关系得到了验证,特别是具有D-π-A结构的染料分子显示了宽而强的吸收光谱特性,D-π-A染料的光吸收性能与电子给体到电子受体的分子内电荷(ICT)激发有关,这类染料的光物理,电化学以及相关的ICT强烈的依赖于给体材料、受体材料以及π桥的各自的部分性能,D-π-A结构的染料当前应用最为广泛。聚合金属配合物有着独特的优势,如:热稳定性好、易加工,成膜性好等优点,其用作发光材料已经取得了长足的发展,但其用作染敏化太阳能电池材料目前还处在发展的初级阶段,由于这类光敏染料兼具有机材料和无机材料的各自的优势,因此我们期待得到一类高效的敏化剂。在文献研究基础上,结合上述理论,本论文将烷基芴,烷氧基苯、双噻吩咔唑等共轭大π结构的给体材料引入到8-羟基喹啉或1,10-菲洛啉衍生物的金属配合物体系中,得到三个系列的聚合物金属配合物,然后将其应用到染敏化太阳能电池中,测试其光伏性能,期望得到短路电流高,转化效率高的新型染料,这对扩展染料敏化剂种类具有重要的意义。通过最终的实验结果显示制得的三个体系的十种目标染料分子都有着良好的热稳定性能,满足器件制作的要求;基于上述染料的电池的转化效率在1.56~2.14%之间;虽然与其他类的染料相比其转化效率方面有待提高,但作为一类新型的敏化剂其发展前景潜力巨大。
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