芳胺類太陽能電池光敏染料的合成與性能研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池(簡稱DSSC)以成本低、易于制造、可大面積生產(chǎn)和環(huán)保的特點受到廣泛關(guān)注。染料敏化劑是DSSC的核心組成部分,起著收集太陽光并將激發(fā)態(tài)電子注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶的作用,對光電轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。染料主要分為金屬配合物染料和純有機染料。本文主要涉及到三苯胺類染料和咔唑類染料,合成了三個金屬釕配合物染料(RL1-RL3)和兩個純有機染料(RL4和RL6)。釕配合物染料性能穩(wěn)定。本文設(shè)計的三個金屬釕配合物染料,將三苯胺和咔唑基團引入到染料的輔助配體中,其較大的共軛面利于染料對可見光的吸收。設(shè)計的單邊不對稱結(jié)構(gòu)的輔助配體將有助于提高釕配合物染料的溶解性,并可能緩解染料在TiO2薄膜表面的堆積。利用IR、1H NMR、MS對三個釕配合物染料及其中間體進行了結(jié)構(gòu)鑒定,表明結(jié)構(gòu)正確。紫外測試結(jié)果表明三個染料具有良好的吸光能力。電化學(xué)性能測試得出三個染料的HOMO和LUMO能級符合DSSC電位方面的要求。將三個染料組裝DSSC,分別得到了4.58%,4.57%和5.31%的光電轉(zhuǎn)換效率。純有機染料分子結(jié)構(gòu)易于設(shè)計、產(chǎn)物易于提純,在近年得到了很大的發(fā)展。本論文對經(jīng)典的D-π-A型結(jié)構(gòu)的染料加以改進,設(shè)計了兩個D-A-π-A模型的純有機敏化染料(RL4和RL6)。帶有己烷鏈的咔唑為供電子單元,引入強吸電子基團苯并噻二唑為額外的吸電子基團,噻吩和3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)作為π橋,吸附基團和電子受體采用經(jīng)典的氰基乙酸。利用IR、1H NMR對RL4和RL6及其中間體進行了結(jié)構(gòu)鑒定,證明結(jié)構(gòu)正確。紫外光譜顯示RL6中EDOT的引入則可以使吸收光譜紅移。電化學(xué)測試表明,RL4和RL6的HOMO能級值和LUMO能級值在電位方面滿足作為DSSC光敏染料的要求。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 敏化染料 D-A-π-A結(jié)構(gòu) 三苯胺 咔唑
【學(xué)位授予單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 概述9
• 1.2 DSSC的結(jié)構(gòu)和工作原理9-10
• 1.3 電解質(zhì)10
• 1.4 對電極10
• 1.5 染料敏化劑10-18
• 1.5.1 金屬配合物染料11-14
• 1.5.2 純有機染料14-18
• 1.6 課題的提出與研究內(nèi)容18-21
• 第2章 芳胺類釕基配合物染料的合成與表征21-33
• 2.1 RL1和RL2配體的合成路線21-22
• 2.2 RL3的配體P3的合成路線22
• 2.3 染料的合成路線22
• 2.4 實驗試劑與主要設(shè)備22-24
• 2.5 合成與表征24-31
• 2.5.1 4-(N,N-二對甲基苯基)氨基苯甲醛的合成(M1)24-25
• 2.5.2 4-(N,N-二對甲基苯基)氨基苯甲醇的合成(M2)25-26
• 2.5.3 4-(N,N-二對甲基苯基)氨基溴代苯甲烷三苯基膦鹽的合成(M3)26
• 2.5.4 4-(2-(4-(N,N-二對甲基苯基)氨基)苯基)乙烯基苯甲醛的合成(M4)26-27
• 2.5.5 4-甲基-4′-(2-(4-(2-(4-(N,N-二對甲基苯基)氨基)苯基)乙烯基)苯基)乙烯基-2,2′-聯(lián)吡啶的合成(P1)27-28
• 2.5.6 N-乙基咔唑的合成(K1)28-29
• 2.5.7 N-乙基咔唑3甲醛的合成(K2)29
• 2.5.8 N-乙基咔唑橋接聯(lián)吡啶光敏染料配體的合成(P3)29-30
• 2.5.9 染料的合成30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-33
• 第3章 有機染料的合成與表征33-43
• 3.1 引言33-34
• 3.1.1 有機染料的合成路線33-34
• 3.2 主要原料和試劑34-35
• 3.3 RL4及其中間體的合成35-39
• 3.3.1 3-溴9正己基咔唑的合成(2)35-36
• 3.3.2 3-(9-正己基)咔唑硼酸的合成(3)36-37
• 3.3.3 3-(4-(7-溴代苯并噻二唑))9正己基咔唑的合成(4)37
• 3.3.4 3-(4-(7-(2-(5-甲?；绶?苯并噻二唑)))9正己基咔唑的合成(5)37-38
• 3.3.5 3-[ 4-[7-(2-(5-(2-腈基丙烯酸)噻吩)苯并噻二唑)]]9正己基咔唑的合成(RL4)38-39
• 3.4 RL6及其中間體的合成39-41
• 3.4.1 2-三丁基錫基-3, 4-乙烯二氧噻吩(B2)39
• 3.4.2 3-(4-(7-(2-(3, 4-乙烯二氧噻吩)苯并噻二唑)))9正己基咔唑(7)39-40
• 3.4.3 3-(4-(7-(2-(5-醛基(3, 4-乙烯二氧噻吩)苯并噻二唑)))9正己基咔唑(8)40-41
• 3.4.4 3-[ 4-[7-(2-(5-(2-腈基丙烯酸-(3, 4-乙烯二氧噻吩))苯并噻二唑)]]9正己基咔唑的合成(RL6)41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第4章 染料的性能研究43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 釕配合物染料的性能測試43-47
• 4.2.1 紫外可見吸收光譜43-44
• 4.2.2 電化學(xué)性能測試44-46
• 4.2.3 染料的光伏性能46-47
• 4.3 純有機染料的性能測試47-49
• 4.3.1 紫外可見吸收光譜47-48
• 4.3.2 電化學(xué)性能測試48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-51
• 結(jié)論51-53
• 附錄53-65
• 參考文獻65-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文71-73
• 致謝73

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