基于三芳基甲烷的有機(jī)染料的合成及其光伏性能

【摘要】：在太陽(yáng)能電池研究領(lǐng)域,染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)因其特有的優(yōu)勢(shì)而顯示出良好的發(fā)展前景。染料敏化劑是DSSC的關(guān)鍵材料。鑒于純有機(jī)D-π-A(給體-共軛單元-受體)染料原料豐富易得、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn),本文以新型純有機(jī)染料敏化劑的設(shè)計(jì)合成為主要目標(biāo),首次引入類三苯胺結(jié)構(gòu)的三芳基甲烷作為D單元,設(shè)計(jì)了新型的基于三芳基甲烷的D-π-A有機(jī)染料TTM,對(duì)其合成、表征與光電性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,獲得了三芳基甲烷類染料分子結(jié)構(gòu)對(duì)其光譜特性和光電轉(zhuǎn)換性能的一些規(guī)律性認(rèn)識(shí)。 (1)合成了4個(gè)基于三芳基甲烷的有機(jī)染料分子TTM-1,TTM-2, TTM-3, TTM-4。對(duì)TTM系列染料分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系進(jìn)行了研究分析。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,所合成的4個(gè)TTM染料分子擁有與Ti02導(dǎo)帶以及電解質(zhì)中的氧化還原電對(duì)匹配的能級(jí)。光物理分析表明,它們摩爾吸光系數(shù)都比較大,在TTM分子中引入柔性烷基鏈對(duì)其光譜最大吸收峰沒(méi)有明顯影響,而共軛單元的延長(zhǎng)可以拓寬吸收光譜。量子化學(xué)計(jì)算可以得到染料分子D單元與共軛單元的二面角各不相同,角度較小的π電子離域性較好。 (2)4個(gè)TTM染料分子的光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)曲線的響應(yīng)范圍與染料分子的紫外可見(jiàn)吸收光譜趨勢(shì)一致。在分子中引入烷基鏈所得分子TTM-3,其IPCE值達(dá)到34%,而且具有較寬的光響應(yīng)范圍?；?個(gè)TTM-1,TTM-2,TTM-3,TTM-4染料分子的DSSC的功率轉(zhuǎn)換效率分別為0.1%、0.32％、0.56%、0.26%。并對(duì)影響功率轉(zhuǎn)換效率的主要原因和提高效率的途徑進(jìn)行了分析討論。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 純有機(jī)染料 三芳基甲烷 光伏性能
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：O621.13;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 文獻(xiàn)綜述9-24
• 1.1 引言9
• 1.2 太陽(yáng)能電池概況9-11
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池11-15
• 1.3.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)展11
• 1.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)和工作原理11-13
• 1.3.3 染料敏化太陽(yáng)能電池中的基本概念13-15
• 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池中關(guān)鍵功能材料的研究現(xiàn)狀15-22
• 1.4.1 納米晶多孔半導(dǎo)體薄膜15-16
• 1.4.2 染料光敏劑16-22
• 1.5 論文研究思路和主要研究?jī)?nèi)容22-24
• 2 基于三芳基甲烷的染料的設(shè)計(jì)、合成及表征24-39
• 2.1 引言24
• 2.2 染料的合成方法24-28
• 2.2.1 Friedel-Crafts芳基化反應(yīng)24-25
• 2.2.2 Vilsmeier-Haack反應(yīng)25
• 2.2.3 Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)25-26
• 2.2.4 Knoevenagel縮合反應(yīng)26-28
• 2.3 實(shí)驗(yàn)部分28-38
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑28-29
• 2.3.2 染料的合成實(shí)驗(yàn)部分29-33
• 2.3.3 合成結(jié)果與討論33-38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 3 基于三芳基甲烷的有機(jī)染料的光電性能研究39-52
• 3.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑39
• 3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的制備與組裝39-41
• 3.3 染料的光物理性能測(cè)試41-43
• 3.3.1 紫外-可見(jiàn)吸收光譜41-42
• 3.3.2 染料的熒光發(fā)射光譜42-43
• 3.4 量子化學(xué)計(jì)算43-45
• 3.4.1 染料分子的結(jié)構(gòu)優(yōu)化43-45
• 3.4.2 染料分子的前線軌道和電子云密度45
• 3.5 染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能研究45-51
• 3.5.1 電化學(xué)計(jì)算45-48
• 3.5.2 光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)測(cè)試48-49
• 3.5.3 j-V曲線測(cè)試49-51
• 3.6 小結(jié)51-52
• 4 結(jié)論與展望52-54
• 參考文獻(xiàn)54-61
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果61-62
• 致謝62

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