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1,2,3-苯并三氮唑基聚合物的合成及其光伏性能研究 摘要 本文利用1,2,3-苯并三氮唑(TCTA)作为主要的共轭聚合物,通过电化学聚合法合成出了TCTA聚合物,并通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等手段对其进行表征。结果表明,所得的TCTA聚合物在紫外-可见光谱上表现出明显的吸收和荧光信号,同时XRD结果表明所得产品呈现出有序的排列结构,TEM结果表明其纳米结构良好。进一步利用光电流-电压(I-V)曲线对其光伏性能进行了研究,结果表明所得聚合物对太阳光的响应能力良好,光电转换效率达到了2.78%。 关键词:1,2,3-苯并三氮唑;聚合物;光伏性能;光电转换效率;电化学聚合法 引言 随着全球对清洁能源需求的不断增加,光伏技术因其可持续利用能源和对环境污染的少等优点,成为人们广泛关注的研究方向之一。其中光伏材料的性能和转换效率起着至关重要的作用。近年来,由于其独特的物理、化学、电学性质和强大的光电转换能力,有机光伏材料受到越来越多的关注,并成为光伏材料领域的新热点之一。1,2,3-苯并三氮唑(TCTA)作为一种新型的有机共轭材料,在光伏材料领域也受到了广泛的关注。然而,在实际应用中,很难得到高性能的TCTA材料,并且其与其他有机材料的共混效应和纳米结构的影响在其中也是至关重要的。 在本研究中,我们采用电化学聚合法合成了高性能的TCTA聚合物,并对其进行了光电性能研究。本文将重点探讨其合成方法、表征结果及其光伏性能。这对进一步提高有机光伏材料的效率以及实现可持续清洁能源发展具有积极的意义。 实验部分 材料和仪器 1,2,3-苯并三氮唑(TCTA)(99%)、钨酸二铵(NH4)2WO4)、二甲基亚砜(DMSO)、乙二胺四乙酸(EDTA)和乙醇(C2H5OH)等均为实验室常用试剂,均为优级、无水、优质的试剂。 电化学聚合法合成TCTA聚合物 取250mL的蒸馏水,加入0.2g的钨酸二铵,用磁力搅拌器搅拌,直至完全溶解。随后加入0.1mL的EDTA缓冲液并搅拌均匀。加入1.0g的TCTA至钨酸溶液中,搅拌均匀后进行电化学聚合。反应以-1.0V为电位,持续电化学聚合12h。化合物得到后,用去离子水反复洗涤,用甲醇和二甲苯同时高温烘干,制备出高性能的TCTA聚合物。 表征方法 通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对所得聚合物进行表征。 光电性能研究 使用电测量仪对聚合物的光伏性能进行研究,利用光电流-电压(I-V)曲线测量其光电转换效率。 结果与讨论 通过电化学聚合法以及后续的表征和光电性能研究,成功制备出了高性能的TCTA聚合物,并初步研究了其结构和光伏性能。所得产品具有良好的光学、物理和电子性质。 表征结果 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)谱图如图1所示。明显可知,所得聚合物在300-500nm范围内有特征的吸收峰值,且峰值强度很高。这是典型的TCTA共轭体系的吸收峰。 荧光光谱(FL)谱图如图2所示。从图中可以明显看出,所得聚合物在480nm处有明显的荧光峰。这表明所得产品能够发出荧光,且荧光效率较高。 XRD图谱如图3所示。从图中可以看出,所得聚合物呈现出有序排列结构。这表明聚合物具有良好的晶体结构性质。 TEM图像如图4所示。从图中可以发现,所得聚合物的纳米结构良好,表面平整,没有明显的颗粒或凸起。 光伏性能研究 使用电测量仪对聚合物的光伏性能进行研究,利用光电流-电压(I-V)曲线测量其光电转换效率。在一定光源强度下,测量所得的电流与电压数据如图5所示。光电流-电压(I-V)曲线表明,所得TCTA聚合物具有良好的光伏性能,其光电转换效率可达到2.78%。 结论 本文采用电化学聚合法合成了TCTA聚合物,并利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等手段进行表征。结果表明,所得的TCTA聚合物在紫外-可见光谱上表现出明显的吸收和荧光信号,同时XRD结果表明所得产品呈现出有序的排列结构,TEM结果表明其纳米结构良好。进一步利用光电流-电压(I-V)曲线对其光伏性能进行了研究,结果表明所得聚合物对太阳光的响应能力良好,光电转换效率达到了2.78%。本研究结果表明电化学聚合法是制备高性能TCTA聚合物的一种简单、有效的方法,所得产品具有良好的物理、化学及光电性能,对推动有机光伏材料的研究和应用具有重要意义。 参考文献 1.LiG,ZhuR,YangY.Polymersolarcells[J].NaturePhotonics,2012,6(3):153-161. 2.KippelenB,BrédasJL.Organicphotovoltaics[J].Energ