新型純有機(jī)光敏染料的合成及其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池的研究

【摘要】：光敏染料是染料敏化太陽能電池的核心部分,設(shè)計(jì)、開發(fā)高效穩(wěn)定的光敏染料對(duì)于提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率以及工業(yè)化應(yīng)用有重要意義。本論文設(shè)計(jì)合成了幾個(gè)系列純有機(jī)光敏染料,系統(tǒng)地研究了染料的物理、電化學(xué)性質(zhì)對(duì)染料敏化太陽能電池光伏性能的影響。 異喹啉陽離子作為吸電子體引入到D-π-A體系中,設(shè)計(jì)合成了一系列不含乙烯基的光敏染料。應(yīng)用于染料敏化太陽能電池時(shí),染料JH304敏化的太陽能電池獲得了最高7.3%(Jsc=14.40mA·cm-2,Voc=684mV,FF=74.4%)的光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)采用不同數(shù)目-CH2-單元將異喹啉陽離子與羧基分開時(shí),隨著-CH2-數(shù)目的增加,電池的效率由6.8%降低到4.2%。然而,與異喹啉陽離子染料不同,-CH2-數(shù)目的增加使得繞丹寧染料的效率由4.1%提高到4.5%。 羥基作為吸附基團(tuán)引入D-π-A體系中,設(shè)計(jì)合成了一系列吡啶陽離子光敏染料,研究了不同的供電子體對(duì)染料光伏性能的影響。最終,染料JH401敏化的太陽能電池獲得了2.6%的光電轉(zhuǎn)換效率,且在440nm處獲得了80%的IPCE值,這也是到目前為止羥基吸附染料獲得的最高IPCE值。 采用菲醌衍生物為π橋基,設(shè)計(jì)合成了含有不同供電子體和橋基的光敏染料。應(yīng)用于染料敏化太陽能電池時(shí),染料JH203敏化的太陽能電池獲得了6.0%(Jsc=11.13mA·cm-2,Voc=720mV,FF=74.9%)的光電轉(zhuǎn)換效率。老化測(cè)試表明,菲醌衍生物染料具有良好的穩(wěn)定性。 基于吩噻嗪的D-π-A與D-A-π-A結(jié)構(gòu)光敏染料研究表明,D-A-π-A結(jié)構(gòu)光敏染料表現(xiàn)出更寬、更紅的吸收光譜,但是摩爾消光系數(shù)明顯降低。在同樣的測(cè)試條件下,D-π-A結(jié)構(gòu)光敏染料獲得了7.5%(Jsc=16.36mA·cm-2,Voc=706mV,FF=64.5%)的光電轉(zhuǎn)換效率,而D-A-π-A結(jié)構(gòu)染料敏化的太陽能電池產(chǎn)出了6.4%(Jsc=14.71mA.cm-2,Voc=645mV,FF=67.3%)的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 光伏器件 純有機(jī)染料
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 主要符號(hào)表15-16
• 1 太陽能與太陽能電池16-39
• 1.1 緒論16-17
• 1.2 太陽能電池研究進(jìn)展17-19
• 1.2.1 硅基太陽能電池17
• 1.2.2 多元化合物薄膜太陽能電池17-18
• 1.2.3 有機(jī)薄膜太陽能電池18
• 1.2.4 染料敏化太陽能電池18-19
• 1.3 染料敏化太陽能電池19-39
• 1.3.1 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)及其工作原理19-20
• 1.3.2 染料敏化太陽能電池性能衡量標(biāo)準(zhǔn)20-21
• 1.3.3 光敏染料的研究進(jìn)展21-35
• 1.3.4 氧化還原電對(duì)的研究進(jìn)展35-37
• 1.3.5 對(duì)電極的研究進(jìn)展37
• 1.3.6 選題依據(jù)和意義37-39
• 2 異喹啉陽離子光敏染料的合成及其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池的研究39-62
• 2.1 引言39-40
• 2.2 電池的組裝40-42
• 2.2.1 試劑、材料與儀器40-41
• 2.2.2 染料敏化太陽能電池的組裝41-42
• 2.3 染料JH301-JH304的物理、電化學(xué)性質(zhì)以及光伏性能的研究42-49
• 2.3.1 染料JH301-JH304的紫外可見吸收光譜以及電化學(xué)性質(zhì)42-45
• 2.3.2 染料JH301-JH304的光伏性能45-49
• 2.4 染料JH301-JH304的合成與表征49-61
• 2.4.1 常用有機(jī)反應(yīng)步驟49
• 2.4.2 染料JH301-JH304供電子體的合成49-53
• 2.4.3 染料JH301-JH304π橋基的合成53-55
• 2.4.4 光敏染料JH301-JH304的合成55-61
• 2.5 本章小結(jié)61-62
• 3 不同-CH_2-數(shù)目對(duì)異喹啉陽離子染料以及繞丹寧染料光伏性能的影響62-81
• 3.1 引言62-63
• 3.2 不同亞甲基異喹啉陽離子染料的物理、電化學(xué)以及光伏性能的研究63-68
• 3.2.1 染料JH101-JH103的物理、電化學(xué)性質(zhì)研究63-64
• 3.2.2 染料JH101-JH103的光伏性能的研究64-68
• 3.3 不同-CH_2-數(shù)目繞丹寧光敏染料的物理、電化學(xué)以及光伏性能的研究68-73
• 3.3.1 染料JH501和JH502的物理、電化學(xué)性質(zhì)的研究68-70
• 3.3.2 染料JH501和JH502的光伏性能的研究70-73
• 3.4 不同-CH_2-異喹啉陽離子染料以及繞丹寧染料的合成73-79
• 3.4.1 染料JH101-JH103的合成及其表征73-77
• 3.4.2 染料JH501和JH502的合成及其表征77-79
• 3.5 本章小結(jié)79-81
• 4 羥基吡啶陽離子光敏染料的合成及其光伏性能的研究81-97
• 4.1 引言81-82
• 4.2 染料的物理、電化學(xué)性質(zhì)以及光伏性能的研究82-88
• 4.2.1 染料JH401-JH404的物理、電化學(xué)性質(zhì)的研究82-85
• 4.2.2 染料JH401-JH404的光伏性能研究85-88
• 4.3 染料的合成及其表征88-96
• 4.3.1 染料供電子體和吸電子體的合成88-92
• 4.3.2 最終染料的合成與表征92-96
• 4.4 本章小結(jié)96-97
• 5 菲醌衍生物為π橋基光敏染料的合成及其光伏性能的研究97-109
• 5.1 引言97-98
• 5.2 染料的物理、電化學(xué)性質(zhì)以及光伏性能的研究98-103
• 5.2.1 染料JH201-JH203的物理、電化學(xué)性質(zhì)的研究98-100
• 5.2.2 染料JH201-JH203的光伏性能的研究100-103
• 5.3 染料的合成與表征103-108
• 5.3.1 染料JH201-JH203的供電子體和π橋基的合成與表征103-105
• 5.3.2 最終染料的合成與表征105-108
• 5.4 本章小結(jié)108-109
• 6 D-π-A和D-A-π-A結(jié)構(gòu)吩噻嗪染料的合成及其光伏性能的研究109-120
• 6.1 引言109
• 6.2 染料的物理、電化學(xué)性質(zhì)以及光伏性能的研究109-114
• 6.2.1 染料JH305和JH307的物理、電化學(xué)性質(zhì)的研究109-112
• 6.2.2 染料JH305和JH307的光伏性能的研究112-114
• 6.3 染料的合成與表征114-118
• 6.3.1 化合物2的合成與表征115
• 6.3.2 化合物3的合成與表征115
• 6.3.3 化合物4的合成與表征115-116
• 6.3.4 化合物5的合成與表征116
• 6.3.5 化合物6的合成與表征116-117
• 6.3.6 化合物7的合成與表征117
• 6.3.7 化合物8的合成與表征117
• 6.3.8 化合物9的合成與表征117
• 6.3.9 化合物10的合成與表征117-118
• 6.3.10 化合物11的合成與表征118
• 6.3.11 染料JH305的合成與表征118
• 6.3.12 染料JH307的合成與表征118
• 6.4 本章小結(jié)118-120
• 7 結(jié)論與展望120-123
• 7.1 結(jié)論120-121
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)摘要121
• 7.3 展望121-123
• 參考文獻(xiàn)123-133
• 附錄1 光敏染料結(jié)構(gòu)與編號(hào)133-135
• 附錄2 名詞縮寫與詮釋135-136
• 致謝136-137
• 作者簡(jiǎn)介137-138
• 攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果138

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