新型酞菁類光伏材料的合成及性能研究.pdf

1、太陽能雖作為地球上最大的可再生能源之一,但其僅有極少量被利用。其主要原因是目前為止還缺乏有效的途徑來捕獲利用其巨大的能量。在眾多利用太陽能的途徑中,本體異質(zhì)結(jié)型和染料敏化太陽能電池因它們的制作成本低、制造簡單且效率高等優(yōu)點(diǎn)而成為主要的研究方向。酞菁是類似于卟啉的具有18π電子的大環(huán)分子,其在相應(yīng)太陽光譜的紅外/近紅外區(qū)有著非常強(qiáng)的吸收,因此而很適合應(yīng)用于光伏領(lǐng)域。研究酞菁衍生物主要在于拓寬其窄的Soret-吸收帶,同時(shí)改善其溶解性差、降

2、低易層層堆積性的弱點(diǎn),期望獲得可應(yīng)用于太陽能電池并能獲得高效率的材料。在本論文中,以酞菁為主要研究方向,并設(shè)計(jì)合成了以酞菁封端的兩種聚合物和噻吩或苯修飾的兩種酞菁有機(jī)染料,最后均應(yīng)用于太陽能電池。對于所合成的中間體及目標(biāo)產(chǎn)物,均采用多種測試方法共同對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析;目標(biāo)聚合物及酞菁染料的光物理性能和電化學(xué)性能也進(jìn)行了深入研究。將所合成的兩種酞菁封端的聚合物及酞菁染料制備成相應(yīng)的太陽能電池并測試了它們的光伏性能,結(jié)果如下:
　　1.

3、合成了兩種側(cè)鏈為苯并噻二唑連二噻吩的酞菁封端的聚合物 PHY1和PHY2,同時(shí)測試了聚合物的多種物理化學(xué)性能(包括熱穩(wěn)定性、光電物理化學(xué)性能及光電轉(zhuǎn)換性能)。結(jié)果表明,酞菁的引入有利于拓寬和增強(qiáng)聚合物的Soret帶吸收和Q帶吸收。用這兩種酞菁封端的聚合物(PHY1和PHY2)制作成本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池。以不同比例將聚合物/PC61BM共混后采用旋涂法制膜,蒸鍍電極后在標(biāo)準(zhǔn)模擬太陽光下測試基于這兩種酞菁封端的器件的光電轉(zhuǎn)換效率,基于聚合物

4、PHY1和PHY2的最高效率分別為1.56％和1.26%。
　　2.設(shè)計(jì)并通過“苯酐”法合成了兩種由叔丁基苯和叔丁基噻吩修飾的新型不對稱酞菁染料PC-HY1和PC-HY2。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),叔丁基的引入可以提高酞菁的溶解性能。同聚合物一樣,我們也測試了其光電物理性質(zhì)。結(jié)果說明,噻吩的引入可以明顯拓寬和加強(qiáng)酞菁的吸收光譜。在模擬太陽光照射下,基于PC-HY2/PCBM的小分子異質(zhì)結(jié)太陽能電池的短路電流為8.12mA·cm-2,開路電壓為0.