側(cè)鏈近紅外有機(jī)光敏染料用于染料敏化太陽能電池的研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSC)以其較高的光電轉(zhuǎn)換效率和較低的成本成為近年來的研究熱點(diǎn)。在染料敏化太陽能電池體系中,光敏染料吸收太陽光并將電子注入到二氧化鈦導(dǎo)帶中,是DSC的重要組成部分,對(duì)染料敏化太陽能電池獲得高光電轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)壽命起著決定性因素之。 在設(shè)計(jì)合成光敏染料時(shí),Donor-πSpacer-Acceptor (D-π-A)體系有機(jī)染料由于具有高的摩爾消光系數(shù)、易于設(shè)計(jì)、優(yōu)化和合成等優(yōu)點(diǎn)引起了眾多研究者的興趣,然而目前所報(bào)導(dǎo)的D-π-A有機(jī)光敏染料,在兩個(gè)方面存在著挑戰(zhàn)性：一是難以設(shè)計(jì)吸收光譜達(dá)到近紅外區(qū)域的光敏染料；二是難以設(shè)計(jì)出吸附基團(tuán)與電子受體相分離的染料。 本論文設(shè)計(jì)合成了6個(gè)新型帶側(cè)鏈的近紅外有機(jī)光敏染料。該類染料以不同取代基的四氫喹啉為電子供體,帶柔性側(cè)鏈羧酸為吸附基團(tuán),含多個(gè)氰基的強(qiáng)吸電子基為電子受體,以不同π橋基相連。相比傳統(tǒng)的D-π-A有機(jī)染料(用氰基丙烯酸基作為電子接受體和吸附基團(tuán)),這些染料的吸附基團(tuán)與電子受體分離,這樣更易于通過調(diào)整分子結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)光敏染料的軌道能級(jí)和光譜吸收。研究了光敏染料的光電性能,并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池,系統(tǒng)地考察了染料結(jié)構(gòu)與電池性能之間的關(guān)系。 在染料的供電子基部份引入柔性的長(zhǎng)碳鏈一方面減少染料分子在二氧化鈦表面的聚集,另一方面抑制電子從Ti02導(dǎo)帶向電解質(zhì)中的氧化還原電位回傳,從而抑制暗電流的產(chǎn)生,提高電池的開路電壓。染料的π橋基中引入3,4-乙烯基二氧噻吩(EDOT)、噻吩基或3-己基噻吩基結(jié)構(gòu)單元增大了染料的共軛體系,使其吸收光譜發(fā)生紅移,吸收光譜拓寬到1000 nm左右。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 光敏染料 近紅外染料 D-π-A 側(cè)鏈
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 前言9
• 1.2 可再生能源9-10
• 1.3 太陽能概述10-12
• 1.3.1 中國(guó)太陽能資源11-12
• 1.4 太陽能電池發(fā)展及分類12-13
• 2 染料敏化太陽能電池(DSC)13-33
• 2.1 引言13
• 2.2 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)13-14
• 2.3 光陽極14-15
• 2.4 電解質(zhì)15-16
• 2.5 對(duì)電極16
• 2.6 光敏染料16-28
• 2.6.1 金屬配合物光敏染料16-21
• 2.6.2 純有機(jī)光敏染料21-28
• 2.7 染料敏化太陽能電池的工作原理28-30
• 2.8 衡量太陽能電池性能的主要指標(biāo)30-32
• 2.8.1 短路電流密度(Short-Circuit Current Density,J_(sc))30
• 2.8.2 路電壓(Open-Circuit Voltage,V_(oc))30
• 2.8.3 單色光光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)30-31
• 2.8.4 總的光電轉(zhuǎn)換效率(η)31
• 2.8.5 光電流密度-光電壓曲線(J-V)31-32
• 2.9 選題依據(jù)32-33
• 3 實(shí)驗(yàn)33-50
• 3.1 試劑與儀器33-35
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品33-35
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器35
• 3.2 試劑的處理35-36
• 3.2.1 分子篩的干燥活化35
• 3.2.2 甲苯純化35
• 3.2.3 四氫呋喃(THF)純化35-36
• 3.3 新型帶側(cè)鏈四氫喹啉染料的設(shè)計(jì)、合成及表征36-49
• 3.3.1 分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)36-38
• 3.3.2 合成方法與結(jié)構(gòu)表征38-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 4 電池的組裝、測(cè)試與光敏染料性質(zhì)的測(cè)試方法50-54
• 4.1 引言50
• 4.2 電池的組裝及測(cè)試方法50-53
• 4.2.1 試劑、材料及儀器50-51
• 4.2.2 染料敏化太陽能電池的組裝51-53
• 4.3 光敏染料的光物理、電化學(xué)性質(zhì)測(cè)試方法53
• 4.3.1 熒光發(fā)射光譜和紫外可見吸收光譜的測(cè)試方法53
• 4.3.2 電化學(xué)性能的測(cè)試方法53
• 4.3.3 電化學(xué)阻抗測(cè)試方法53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 5 光敏染料的光物理、電化學(xué)性質(zhì)及光伏性能54-66
• 5.1 引言54
• 5.2 染料的紫外可見吸收光譜54-58
• 5.3 電化學(xué)性質(zhì)58
• 5.4 密度泛函理論計(jì)算58-60
• 5.5 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換性能60-64
• 5.6 電化學(xué)阻抗譜64-65
• 5.7 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-67
• 參考文獻(xiàn)67-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況76-77
• 致謝77-78

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