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1、 聚合金属配合物论文：D-A 型聚合金属配合物光敏染料的合成及光伏性能【中文摘要】太阳能作为一种清洁无污染且取之不尽、用之不竭的可再生能源日益受到人们的广泛关注,染料敏化太阳能电池具有高效率、低成本、易组装等技术优势,因而成为近年来太阳能光电转换领域的研究热点。目前普遍使用的光敏染料为金属钌吡啶配合物,然而贵金属钌的引入使得成本增高,并且严重污染环境。聚合金属配合物染料不仅具有有机高分子材料所具有的特性,同时因为结构中无机金属的存在,从而可以通过配位键和 d- 反馈 键调控能隙宽度。因此,聚合金属配合物染料与配合物染料相比,具有的良好的光、热稳定性和吸收光谱范围宽的优点,在光学、电学等方面都表
2、现出独特的性能。本课题设计合成了含有 D-A 结构的聚合金属配合物染料,由于 D-A 体系能够加强电子推拉能力,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的电荷有效分离。我们通过一系列测试手段(例如红外光谱、核磁共振和元素分析)对材料的结构进行了表征,并分别探讨了中心金属离子是 Co(), Ni(), Cd()时对材料性质的影响；同时通过热重分析和玻璃化转变温度测试了其热稳定性；利用紫外光谱、荧光光谱、循环伏安法研究了光物理性质和电化学性质,并测试了它们的光伏性能。主要研究结果如下：1、通过在含有噻吩和苯乙撑或芴乙烯的主链中引入8-羟基喹啉的 Cd()配合物,设计合成
3、了给体-连接桥-受体(D-A)结 构的主链型聚合金属配合物染料 B8QMEHP-Cd(), B8QF-Cd()和B8QP-Cd(),并将其应用于染料敏化太阳能电池。研究发现长烷基链的引入改善了聚合金属配合物的溶解性,B8QMEHP-Cd()支链中甲氧基的加入能够提高电池短路光电流,其光电转换效率为 1.77%高于B8QF-Cd()(1.48%)和 B8QP-Cd()(1.57%)。2、设计合成以噻吩和苯乙烯撑或芴乙烯作为给体(D),金属配合物作为受体(A),碳碳双键为 连接桥的支链型共轭聚合金属配合物 PCo-F、PCo-B、PNi-F和 PNi-B,并将其应用于染料敏化太阳能电池,其能量转换
4、效率分别为 0.96%,1.01%,1.00%和 1.21%。研究发现所合成的支链型含有Co()金属配合物和 Ni()金属配合物的聚合物比我们之前在实验室中通过 Yamamoto 偶合得到的支链型含有 Eu()金属配合物的聚合物具有更好的溶解度,并有相近的能量转化效率,这为用过渡金属代替贵金属的研究提供了一个可能性。【英文摘要】Over the last years, as a novel renewable energy conversion system, the use of solar cells is gradually moving into high gear. Currentl
5、y, dye-sensitized solar cells (DSSCs) as the most promising alternatives for the photovoltaic conversion of solar energy have attracted much interesting attention due to their high efficiency, potential low-cost and so forth.Ru complexes as dyes are widely used in DSSCs, due to the advantages of bro
6、ad absorption spectrum and good electrochemical stability. However, the rarity and high cost of the ruthenium metal may limit their development for large-scale applications. Polymeric metal complex have good thermal stability, and their energy gap and transmission of electron also can be controled b
7、y coordination bond and d-bond. Comprise with complexes, polymeric metal complexes display unique electrical, optical, magnetic propertie, generating a new and versatile class of functional materials. In this study, a series of donor-acceptor (D-A) type polymeric metal complexes containing Cd(), Co(
8、II) or Ni() complexes were synthesized and characterized by GPC, FT-IR,1H NMR, TGA, TMA, UV-vis, PL, CV and the application in dye-sensitized solar cells (DSSCs) as dye sensitizers are also determined and studied. The main work summarized as follows:1. Three novel D-A type main chain polymeric metal
9、 complexes based on Polystyrene or Polyfluorenevinyl containing complexes of thienyl-(8-hydroxyquinoline) with Cd() have been synthesized by Heck coupling and utilized as dyes for dye-sensitized solar cells (DSSCs). It was found that the longer alkyl chains may improve the solubility of polymeric me
10、tal complex. In addition, the solar irradiation conversion efficiency of B8QMEHP-Cd() were higher than B8QF-Cd()(1.48%) and B8QP-Cd(II)(1.57%), mainly resulting from the methoxy group may improve the short-circuit photocurrent.2. A series donor-acceptor type polymeric metal complexes PCo-F, PCo-B, P
11、Ni-F and PNi-B consist of the Co () or Ni () complexes as an acceptor (A), C=C as a-conjugation linkage, and thiophene-fluorene or phenylene as a donor group (D). The DSSCs fabricated by branched chain polymeric metal complexes with power conversion efficiency up to 0.96%, 1.01%,1.00% and 1.21%, res
12、pectively, under simulated AM 1.5G solar irradiation (100 mW/cm2). The result showed that polymeric metal complexes with Co(II), Ni() complexes in the side chain exhibited good solubility and have similar energy conversion efficiency, indicating a possibility to use common metal instead of rare eart
13、h metals.【关键词】聚合金属配合物 芴乙烯 苯乙烯 染料敏化电池 D-A 有机光敏染料【英文关键词】Polymeric metal complexes Phenylenevinylene Fluorenevinylene DSSCs D-A organic dye【目录】D-A 型聚合金属配合物光敏染料的合成及光伏性能 摘要 4-5 Abstract 5 第 1 章 绪论 8-26 1.1 引言 8-9 1.2 太阳能电池的定义和发展 9-10 1.3 有机太阳能电池 10-16 1.3.1 有机太阳能电池的定义 10-11 1.3.2 异质结聚合物太阳能电池 11-12 1.3.3
14、电子给体材料 12-15 1.3.4 电子受体材料 15-16 1.4 染料敏化纳米晶太阳能电池 16-21 1.4.1 染料敏化纳米晶太阳能电池发展进展 16 1.4.2 染料敏化纳米晶太阳能电池的基本结构 16-17 1.4.3 染料敏化纳米晶太阳能电池的工作原理 17-18 1.4.4 染料敏化纳米晶太阳能电池的性能参数 18-21 1.5 光敏染料 21-23 1.5.1 有机光敏染料 21 1.5.2 金属配合物光敏染料 21-23 1.6 聚合金属配合物的研究进展与应用 23-24 1.6.1 主链型聚合金属配合物 23-24 1.6.2 支链型聚合金属配合物 24 1.7 论文的设计思想与研究内容 24-26 第 2 章 实验方法及测试原理 26-31 2.1 主要实验试剂及实验仪器 26-28 2.1.1 主要试剂 26-27 2.1.2 主要仪器及测试条件 27-28
