基于卟啉的有机光伏材料的合成及性能研究

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1、学校代号10530学号201510141454分类号O63密级公开硕士学位论文基于卟啉的有机光伏材料的合成及性能研究学位申请人肖海斌指导教师谭松庭教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向高分子化学与物理二零一八年六月十日SynthesisandperformanceresearchoforganicphotovoltaicmaterialsbasedonporphyrinsCandidateHaibinXiaoSupervisorProf.SongtingTanCollegeCollegeofChemistryProgramChemistrySpecializationPolym

2、erChemistryandPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学硕士论文摘要由于卟啉化合物具备高的摩尔吸收系数，良好的热稳定性，优异的电化学性能和电子传输能力等特点，使得基于卟啉的化合物或聚合物成为了新型太阳能电池的染料敏化剂和活性层材料。本文综述卟啉化合物在本体异质结太阳电池(BHJSCs)以及染料敏化太阳电池(DSSCs)中的研究进展，以及作为染料敏化剂和活性层材料的相关设计策略。通过考虑吸收光谱、分子能级、溶解性能、电子/空穴迁移率以及相形貌等方面，设计并合成了四个

3、基于卟啉的聚合物给体材料和两个基于三苯胺衍生物连卟啉的染料分子。利用核磁共振谱图、飞行时间质谱和元素分析等测试手段对合成的中间体以及目标分子进行了表征。本论文的主要研究内容如下：(1)设计并合成了四个基于吡咯并吡咯二酮(DPP)和含柔性烷基间隔连接的四噻吩卟啉(TTP)作为侧链的咔唑单元的共聚物(XP10，XP11，XP12和XP13)。系统研究了TTP的引入对共聚物的光学和电化学性质、形貌、迁移率和光电性能的影响。研究结果显示，TTP/DPP比例为2/8的XP11具有最好的性能，包含宽的吸收光谱，平衡的空穴/电子迁移率和适合的微相分离等。在通过溶液蒸气退火优化之后，基于XP11

4、和PC71BM的有机太阳能电池器件表现出5.11％的最2佳能量转换效率(PCE)，其短路电流密度(Jsc)为10.36mA/cm，开路电压(Voc)为0.77V，填充因子(FF)为0.64。(2)设计并合成了基于三苯胺衍生物、卟啉单元和苯并噻二唑单元(BT)的两个染料分子(XDBT和XDffBT)。研究了BT上F原子的引入对染料的光物理性能、电化学性能、吸附量、阻抗以及光伏性能的影响。研究结果显示，BT上含F原子的染料获得了高的摩尔吸收系数、高的开路电压、略少的吸附量以及强的聚集现象。在加入1mM的CDCA后，XDBT获得了5.24%的PCE，而XDffBT获得了4.17%的PC

5、E。关键词：本体异质结太阳能电池；染料敏化太阳能电池；四噻吩卟啉；二酮吡咯并吡咯；三苯胺衍生物；苯并噻二唑。I湘潭大学硕士论文AbstractPorphyrin-basedcompoundsorpolymershavebecomedyesensitizersandactivelayermaterialsofnovelsolarcellsbecauseofporphyrincompoundspossesshighmolarabsorptioncoefficient,highthermalstability,excellentelectrochemicalperformanceand

6、electrontransportcapabilityandotherfeatures.Thispaperreviewstheresearchprogressofporphyrinderivativesinbulkheterojunctionsolarcells(BHJSCs)anddye-sensitizedsolarcells(DSSCs),andrelateddesignstrategiesofporphyrinderivativesasdyesensitizersandactivelayermaterials.Byconsideringtheabsorptionspect

7、ra,molecularenergylevels,solubilityproperties,electron/holemobility,andphasemorphologyetc,fourpolymerdonormaterialsbasedonporphyrinunitandtwodyemoleculesbasedontriphenylaminederivativesandporphyrinweredesigned.Theintermediatesandtargetmolecul