含苯并吡喃及二氫噻唑π-橋基的有機染料在染料敏化太陽能電池中的應用及電池穩(wěn)定性影響因素的研究

【摘要】：光敏染料作為染料敏化太陽能電池(DSSCs)的核心部分,近年來被廣泛研究。由于純有機光敏染料具有易于合成、摩爾消光系數較高和成本較低等優(yōu)點,是釕金屬配合物光敏染料的理想替代品。大多數有機光敏染料具有D-π-A結構。π-橋基起到連接電子供體和電子受體的作用且對光敏染料的光伏性能具有較大影響。 本論文設計合成了3個含苯并吡喃π-橋基和2個含二氫噻唑π-橋基的新型光敏染料,研究了這些染料的光物理和電化學性質。作者將其應用于染料敏化太陽能電池中,研究了染料結構與電池光電性能的關系。 含苯并吡喃π-橋基的光敏染料在400-600nm對太陽光具有較強的光譜吸收。CCl系列光敏染料應用于染料敏化太陽能電池獲得了較好的光電轉換效率,其中以CC103為光敏染料制備的電池獲得了7.5%的光電轉換效率。 對于含二氫噻唑π-橋基的光敏染料,二氫噻唑結構單元和氰基丙烯酸基的協(xié)同吸電子作用有效地減小了光敏染料的禁帶寬度(乓),使光敏染料對太陽光光譜具有較寬的響應范圍(300-800nm)。使用鈷電解質,以CC202為光敏染料的電池獲得了6.1%的光電轉換效率。基于碘電解質,以CC201為光敏染料的電池顯示了較好的穩(wěn)定性。 為了更好地探究電池穩(wěn)定性的影響因素,本論文將以氰基丙烯酸基為電子受體的光敏染料應用于染料敏化太陽能電池,研究了染料降解的具體過程。研究表明,在水和紫外光的共同作用下,染料的吸電子基團氰基丙烯酸基降解為甲酰基,使染料從TiO2表面脫附下來,導致電池效率明顯下降。降解產物中甲酰基的氧原子來源于電池中的水。因此,在DSSCs的封裝過程中嚴格控制電池中的含水量及濾除紫外光,保證較好的電池密閉性,會有效提升電池的穩(wěn)定性和使用壽命。 【關鍵詞】：二氫噻唑 苯并吡喃 氰基丙烯酸基團 純有機光敏染料
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• TABLE OF CONTENTS11-14
• 圖目錄14-16
• 表目錄16-18
• 主要符號表18-19
• 1 太陽能及太陽能電池概述19-52
• 1.1 前言19-20
• 1.2 太陽能概述20-23
• 1.3 太陽能電池23-26
• 1.3.1 太陽能電池的歷史23-24
• 1.3.2 太陽能電池的分類24-26
• 1.4 染料敏化太陽能電池26-30
• 1.4.1 染料敏化太陽能電池的結構與工作原理26-28
• 1.4.2 衡量染料敏化太陽能電池光電性能的指標28-30
• 1.5 納米半導體多孔電極30-31
• 1.6 光敏染料31-47
• 1.6.1 金屬配合物光敏染料31-37
• 1.6.2 純有機光敏染料37-47
• 1.7 電解質47-49
• 1.8 對電極49-50
• 1.9 展望和選題依據50-52
• 2 含苯并吡喃橋及二氫噻唑π-橋基的有機光敏染料的設計、合成與表征52-70
• 2.1 引言52
• 2.2 儀器與試劑52-53
• 2.3 含苯并吡喃π-橋基的光敏染料的設計、合成與表征53-61
• 2.4 含二氫噻唑π-橋基的光敏染料的設計、合成與表征61-69
• 2.5 本章小結69-70
• 3 含苯并吡喃π-橋基的光敏染料的光物理、電化學性質及電池的光伏性能研究70-85
• 3.1 引言70
• 3.2 基于含苯并吡喃π-橋基的光敏染料的電池的組裝和測試方法70-73
• 3.2.1 試劑、材料與儀器70-71
• 3.2.2 光敏染料的光物理、電化學性質的測試方法71
• 3.2.3 染料敏化太陽能電池的組裝71-73
• 3.2.4 染料敏化太陽能電池光電性能的測試方法73
• 3.3 含苯并吡喃π-橋基的光敏染料性質及電池性能的研究73-84
• 3.3.1 含苯并吡喃π-橋基的光敏染料的紫外可見吸收光譜測試73-77
• 3.3.2 含苯并吡喃π-橋基的光敏染料的電化學性質研究77-78
• 3.3.3 含苯并吡喃π-橋基的光敏染料的密度泛函理論計算78-80
• 3.3.4 基于含苯并吡喃π-橋基的光敏染料的電池的光伏性能測試80-82
• 3.3.5 基于含苯并吡喃π-橋基的光敏染料的電池的電化學阻抗測試82-84
• 3.4 本章小結84-85
• 4 含二氫噻唑π-橋基的光敏染料的光物理、電化學性質及電池的光伏性能研究85-98
• 4.1 引言85
• 4.2 基于含二氫噻唑π-橋基的光敏染料的電池的組裝和測試方法85-86
• 4.3 含二氫噻唑π-橋基的光敏染料性質及電池的性能研究86-96
• 4.3.1 含二氫噻唑π-橋基的光敏染料的紫外可見吸收光譜測試86-87
• 4.3.2 含二氫噻唑π-橋基的光敏染料的電化學性質研究87-89
• 4.3.3 含二氫噻唑π-橋基的光敏染料的密度泛函理論計算89-90
• 4.3.4 基于含二氫噻唑π-橋基的光敏染料的電池的光伏性能測試90-93
• 4.3.5 二氧化鈦導帶中的電子壽命測試93-94
• 4.3.6 基于含二氫噻唑π-橋基的光敏染料的電池的電化學阻抗測試94-95
• 4.3.7 基于含二氫噻唑π-橋基的光敏染料的電池穩(wěn)定性測試95-96
• 4.4 本章小結96-98
• 5 以氰基丙烯酸基為吸電子基的有機光敏染料的降解及其電池穩(wěn)定性的研究98-109
• 5.1 引言98
• 5.2 基于以氰基丙烯酸基為吸電子基的光敏染料的電池的組裝和測試方法98-99
• 5.3 以氰基丙烯酸基為吸電子基的光敏染料的降解99-101
• 5.4 染料降解的影響因素101-106
• 5.4.1 水和含水量對染料降解的影響101-104
• 5.4.2 紫外光對染料降解的影響104-105
• 5.4.3 溫度對染料降解的影響105-106
• 5.4.4 氧化還原電對Ⅰ~-/Ⅰ_3~-對染料降解的影響106
• 5.5 染料的降解機理106-108
• 5.6 本章小結108-109
• 6 結論與展望109-112
• 6.1 結論與創(chuàng)新點109-110
• 6.2 創(chuàng)新點摘要110
• 6.3 展望110-112
• 參考文獻112-120
• 附錄A 名詞及藥品符號縮寫表120-121
• 致謝121-122
• 作者簡介122
• 攻讀博士學位期間科研項目及科研成果122-124

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