應(yīng)用于染料敏化太陽能電池芳胺類染料的設(shè)計(jì)與合成

【摘要】：以煤炭、石油、天然氣等為主的傳統(tǒng)能源即將消耗殆盡,與此同時(shí),由于這些傳統(tǒng)能源的大量使用,導(dǎo)致環(huán)境污染越來越嚴(yán)重,極端氣候頻繁發(fā)生,因此開發(fā)利用新能源迫在眉睫。太陽能因其清潔而又不受地域限制等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。在太陽能利用的眾多方式中,染料敏化太陽能電池因其制備工藝簡單、制作成本低等優(yōu)點(diǎn),引起了科研工作者的廣泛興趣。光敏染料是染料敏化太陽能電池的核心部分,它是影響光電轉(zhuǎn)換效率的決定性因素之一。光敏染料捕獲太陽光之后轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),處于激發(fā)態(tài)的染料能將電子轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中,同時(shí)激發(fā)態(tài)染料變?yōu)檠趸瘧B(tài),能從電解質(zhì)中迅速得到電子,還原為染料基態(tài),完成循環(huán)。純有機(jī)染料因其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活,易于制備等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為貴金屬光敏染料的替代品,成為近年來的研究熱點(diǎn)。 本論文共設(shè)計(jì)合成了8個(gè)純有機(jī)光敏染料,利用核磁共振氫譜、質(zhì)譜對他們進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征,并測試了染料的光物理、電化學(xué)性質(zhì),以及染料應(yīng)用于太陽能電池方面的光電性能。同時(shí),本論文對染料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了密度泛函的理論計(jì)算,從理論上對染料進(jìn)行了研究。 光敏染料的經(jīng)典設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為供電子基團(tuán)-共軛橋鍵-吸電子基團(tuán),即D-π-A結(jié)構(gòu)。本論文對上述經(jīng)典結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓展,設(shè)計(jì)了一種新的D-π-A-A結(jié)構(gòu),即在經(jīng)典結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又引入了一個(gè)吸電基團(tuán),希望拓寬染料的吸收光譜范圍減少暗電流的生成。論文還設(shè)計(jì)合成了一類苊并吡嗪類染料,通過他們主要討論了二苯胺與三苯胺作為供電基團(tuán),對兩者之間供電能力進(jìn)行比較。 結(jié)果表明,在D-π-A-A型染料中,由于新引入的吸電基團(tuán)與原有的共軛結(jié)構(gòu)存在一定的扭轉(zhuǎn),共軛平面并沒有得到很好的拓展,所以吸收光譜幾乎沒有拓寬。在這一類染料中,它們的效率都不高,但是隨著新引入吸電基團(tuán)吸電性的增強(qiáng),染料的分子的光電流有了明顯的提高,效率隨之增加,這說明D-π-A-A的設(shè)計(jì)思想是可行的,可以減少暗電流的生成。在苊并吡嗪類染料中,供電基三苯胺相比于二苯胺雖然多一個(gè)共軛苯環(huán),拓展了共軛體系,但是它使得分子共軛平面發(fā)生了扭轉(zhuǎn),電子并沒有得到很好的傳遞,供電能力比二苯胺稍弱。通過對染料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行密度泛函理論計(jì)算,證明染料分子受到激發(fā)后確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)很好的分子內(nèi)電荷分離。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 純有機(jī)光敏染料 三苯胺 D-π-A-A結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文獻(xiàn)綜述10-31
• 1.1 太陽能電池的介紹10-12
• 1.1.1 太陽能10
• 1.1.2 太陽能電池的發(fā)展10-12
• 1.2 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)12-25
• 1.2.1 多孔納米晶薄膜(光陽極)12-13
• 1.2.2 電解質(zhì)13
• 1.2.3 光敏染料13-25
• 1.3 染料敏化太陽電池電池的工作原理25-27
• 1.4 染料敏化太陽電池的主要輸出參數(shù)27-29
• 1.5 染料在TiO_2表面的吸附方式29
• 1.6 選題依據(jù)29-31
• 2 實(shí)驗(yàn)部分31-42
• 2.1 試劑與測試儀器31
• 2.2 化合物Y1的合成與表征31-32
• 2.2.1 化合物1的合成31
• 2.2.2 化合物Y1的合成31-32
• 2.3 化合物Y2的合成與表征32-34
• 2.3.1 化合物2的合成32-33
• 2.3.2 化合物3的合成33
• 2.3.3 化合物4的合成33
• 2.3.4 化合物Y2的合成33-34
• 2.4 化合物Y3的合成與表征34-36
• 2.4.1 化合物5的合成34
• 2.4.2 化合物6的合成34-35
• 2.4.3 化合物7的合成35-36
• 2.4.4 化合物Y3的合成36
• 2.5 化合物Y4的合成與表征36-37
• 2.5.1 化合物8的合成36-37
• 2.4.2 化合物Y4的合成37
• 2.6 化合物Y5的合成與表征37-38
• 2.6.1 化合物9的合成37-38
• 2.6.2 化合物Y5的合成38
• 2.7 化合物Y6的合成與表征38-40
• 2.7.1 化合物10的合成38
• 2.7.2 化合物Y6的合成38-40
• 2.8 化合物Y7的合成與表征40
• 2.8.1 化合物11的合成40
• 2.8.2 化合物Y7的合成40
• 2.9 化合物Y8的合成與表征40-41
• 2.9.1 化合物12的合成40-41
• 2.9.2 化合物Y8的合成41
• 2.10 本章小結(jié)41-42
• 3 D-π-A-A型染料在DSSC上的應(yīng)用研究42-51
• 3.1 染料的紫外可見吸收光譜42-43
• 3.1.1 紫外-可見吸收光譜測定方法42
• 3.1.2 染料的紫外-可見吸收光譜42-43
• 3.2 染料的氧化還原電位43-45
• 3.2.1 電化學(xué)性能測試44
• 3.2.3 基態(tài)和激發(fā)態(tài)氧化還原電位的計(jì)算44-45
• 3.3 光電性能45-50
• 3.3.1 J-V曲線的測定方法45
• 3.3.2 對J-V曲線光電性能的優(yōu)化45-47
• 3.3.3 染料的J-V曲線47-48
• 3.3.4 光電流工作譜測定48
• 3.3.5 密度泛函理論計(jì)算48-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 4 染料Y3的測試51-54
• 4.1 染料Y3在溶液及TiO_2膜上的紫外可見光譜51
• 4.2 染料Y3的電化學(xué)測試51-52
• 4.3 染料Y3的密度泛函的理論計(jì)算52-53
• 4.4 染料Y3的光電性質(zhì)的討論53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 苊并吡嗪類染料在染料敏化太陽能電池方面的研究54-59
• 5.1 染料Y5與K的紫外可見吸收光譜54-55
• 5.2 染料Y5與K的氧化還原電位55-56
• 5.3 染料Y5與K的光電性能56-58
• 5.3.1 對J-V曲線光電性能的優(yōu)化56-57
• 5.3.2 染料的J-V曲線57-58
• 5.3.3 染料Y5與K的密度泛函理論計(jì)算58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 6 以溴為鏈接基團(tuán)的染料在染料敏化太陽能電池方面的探討59-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 附錄 論文中重要化合物的核磁譜圖(~1HNMR)67-75
• 攻讀碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況75-76
• 致謝76-77

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

染料敏化太陽能電池納米TiO_2制備及多孔電極膜研究進(jìn)展    葛偉杰,周保學(xué),張哲,熊必濤,鄭青,蔡偉民

世界能源危機(jī)與我國的能源安全    周凌云

四氫喹啉類光敏染料用于染料敏化太陽能電池的研究    陳瑞奎

有機(jī)光電材料與有機(jī)光電器件    苑嗣純;葛興;趙建莊;

基于直線電機(jī)的波浪能發(fā)電系統(tǒng)綜述    張振;肖陽;諶瑾;

玻璃基底TiO_2納米管陣列的制備及其光電性能研究    郭宏;白晶;李金花;周保學(xué);蔡偉民;

塑料太陽能電池的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展    鄧姝皓;劉丹;王之順;熊依林;李洪飛;

太陽電池?zé)岚攥F(xiàn)象的研究    王軍;王鶴;楊宏;張伶;

陰極材料對有機(jī)太陽電池性能的影響    木麗萍;謝勇;段卓琪;鄭曉虹;

沿海灘涂地區(qū)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)    章子華;王振宇;劉國華;蔣建群;

聚合物太陽能電池光伏材料的研究進(jìn)展    田娜;馬曉燕;王毅霏;朱小波;李冬梅;

西部大開發(fā)與中國的能源安全    韋紹福

柔性TiO_2納米管薄膜電極的制備及其光電性能    張鳳;陶杰;陶海軍;董祥;

低碳生態(tài)材料的開發(fā)之路    陳錦祥;

液態(tài)金屬磁流體波浪能直接發(fā)電試驗(yàn)研究    李建;彭燕;趙凌志;劉保林;沙次文;許玉玉;李然;李雪臨;

國家石油儲(chǔ)備基地運(yùn)行管理研究    朱根民

窄帶隙共軛聚合物的制備與光伏性能研究    鄧丹

浮力擺式波浪能發(fā)電裝置關(guān)鍵技術(shù)研究    張大海

TiO_2納米管陣列光電催化降解有機(jī)物及分解水的研究    白晶

擺式波浪發(fā)電系統(tǒng)建模與功率控制關(guān)鍵技術(shù)研究    肖文平

方形臥式分離器的研究及其在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用    周強(qiáng)

中國可持續(xù)發(fā)展油氣資源安全系統(tǒng)研究    吳巧生

新中國能源政策研究    謝治國

污水源熱泵系統(tǒng)取水換熱過程流化除垢與強(qiáng)化換熱方法    畢海洋

城市生活垃圾與生物質(zhì)混燒發(fā)電及煙氣凈化的研究    解海衛(wèi)

兩種含聯(lián)吡啶配體單體的合成及其聚合反應(yīng)嘗試    杜昆鵬

含8-羥基喹啉的聚合金屬配合物的合成及其光伏性能    肖麗芬

含8-羥基喹啉/苯并咪唑聚合金屬配合物的合成及光伏性能研究    劉源

染料敏化太陽能電池光陽極和對電極的研究    馮小明

含3，4-乙烯二氧噻吩共軛聚合物與三苯胺基染料的合成及光伏性能研究    田宗芳

地?zé)峁┡疌DM方法學(xué)應(yīng)用研究    張義軍

有機(jī)小分子太陽電池陰極修飾的研究    李方馨

提高有機(jī)太陽電池中空穴輸出效率方法的研究    孟慶蕾

基于苯并雙噻吩和芳香酰亞胺共軛聚合物的合成與性能    陳健

風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)側(cè)T型濾波器的設(shè)計(jì)及控制策略研究    邢介宇

染料敏化太陽能電池中的光電極制備技術(shù)    唐笑;錢覺時(shí);黃佳木;

摻雜過渡金屬離子的TiO_2復(fù)合納米粒子光催化劑──羅丹明B的光催化降解    王艷芹,張莉,程虎民,馬季銘

電沉積二氧化鈦納米微粒膜的光電化學(xué)性能和表面形貌研究    羅瑾,周靜,祖延兵,林仲華

納米TiO_2性能表征及在染料敏化納米薄膜太陽電池中的應(yīng)用    王瑞斌,戴松元,王孔嘉

染料敏化納米太陽能電池    李斌,邱勇

苯基磷酸聯(lián)吡啶釕絡(luò)合物敏化納晶多孔TiO_2薄膜電極光電性能研究    楊蓉,王維波,敬炳文,肖緒瑞,張曼華,沈濤

稀土改性二氧化鈦的電流變行為與介電性能關(guān)系    尹劍波,趙曉鵬

TiO_2半導(dǎo)體薄膜電極的光電轉(zhuǎn)換性能研究    楊華,袁堅(jiān),趙茲君

染料敏化太陽能電池中的敏化劑    梁茂,陶占良,陳軍

染料敏化稀土離子修飾二氧化鈦納米晶電極的光電化學(xué)性質(zhì)    楊術(shù)明,李富友,黃春輝

苯甲酰苯胺衍生物分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移與質(zhì)子轉(zhuǎn)移    張煊

染料敏化二氧化鈦納米晶薄膜太陽電池研究    韓宏偉

光電轉(zhuǎn)換效率高的非晶硅太陽電池    張肇富

日本太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)20%    董偉

光電轉(zhuǎn)換效率高的非晶硅太陽電池    張肇富

太陽能庭院燈的研制    寧鐸,張振國,王建文

染料敏化太陽能電池中的敏化劑    梁茂,陶占良,陳軍

可提高光伏電池采光玻璃轉(zhuǎn)換效率的納米涂料    聶尊譽(yù);

PEC電池的理論與模型    李冠成,孫公權(quán),于艷春

低能X射線工業(yè)CT探測器光電轉(zhuǎn)換效率的研究    高富強(qiáng);張小嬌;周日峰;須民健;張亞瓊;

光柵減反層太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的研究    鐘慧;高永毅;周仁龍;周并舉;唐立強(qiáng);吳伶錫;李宏建;

太陽能電池中的幾種新型敏化劑    蔡冬英;喬慶東;

不同鈦源制備TiO_2薄膜電極及光譜特性    李麗;陳人杰;吳鋒;張貴友;陳實(shí);

一種新型結(jié)構(gòu)染料敏化太陽電池的研究    王海;劉勇;沈輝;汪遠(yuǎn)昊;楊洪興;

可顯著提高光電響應(yīng)的有序規(guī)整無機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合材料    張斌;陳旭東;章明秋;

以電泳沈積法制備多層膜之染料敏化太陽能電池    張合;卓清松;簡淑華;陳韋安;

三元氧化物基的染料敏化太陽能電池    黃禮華;魏明燈;

離子修飾對介孔納米TiO_2膜電極及其DSSC性能的影響    彭天右;趙德;盧蘭蘭;柯丁寧;戴珂;馬亮;

太陽能直拉硅片襯底中氧的熱行為及其對光電轉(zhuǎn)換效率的影響    任丙彥;霍秀敏;左燕;傅洪波;勵(lì)旭東;許穎;王文靜;趙玉文;

三苯胺-羅丹寧類D-π-A有機(jī)染料——染料敏化太陽電池中的應(yīng)用研究    張雪華;李超;姚宜山;王維波;程學(xué)新;王雪松;張寶文;

智能混合式光電電流傳感器的設(shè)計(jì)    王玉田;劉國輝;王曉琳;

鋅卟啉敏化太陽能電池性能:從頭算非絕熱動(dòng)力學(xué)研究    王晶輝;何榮幸;齊丹;

晶龍集團(tuán)與世界頂尖高手過招    通訊員 段同剛　王麗英 記者 張計(jì)友

染料敏化太陽能電池將用于無人機(jī)    王小龍

晶龍 技術(shù)為王“逆市飄紅”    通訊員 段同剛　王麗英 記者 張計(jì)友

晶龍模式：讓創(chuàng)新“跑贏”市場    段同剛　撰稿

中國的新能源挑戰(zhàn)    許可新

從原材料入手實(shí)現(xiàn)聚光光伏產(chǎn)業(yè)化    全國工商聯(lián)新能源商會(huì)研究員 李雷

在新能源領(lǐng)域追趕“太陽”    本報(bào)記者 魏寧

天津銅銦鎵硒太陽能電池組件制成    耀文

已在發(fā)電效率上取得重要進(jìn)展    記者 馮海波 通訊員 龔華萍

超日太陽兩項(xiàng)目試產(chǎn)成功達(dá)產(chǎn)后公司業(yè)績將暴增    記者 劉相華

抑制染料聚集優(yōu)化染料敏化太陽能電池器件的研究    李晶

新型可溶液加工有機(jī)小分子材料的設(shè)計(jì)合成及光伏性能    李在房

染料敏化太陽能電池光陽極的制備、性質(zhì)和光電轉(zhuǎn)換機(jī)理研究    程輝

新型高效疊層及復(fù)合染料敏化太陽能電池研究    苗青青

染料敏化太陽能電池光陽極TiO_2薄膜的制備及改性研究    曾憲光

TiO_2納米晶表面微結(jié)構(gòu)調(diào)控及其對提高DSSC光電轉(zhuǎn)換效率的作用機(jī)理研究    張繼遠(yuǎn)

芳胺染料在溴（碘）基染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用    滕超

二氧化鈦納米片基染料敏化太陽能電池的制備    范佳杰

基于卟啉的小分子和聚合物的合成及其光伏性能研究    黃玉英

金屬離子摻雜二氧化鈦的光電性能改性研究    劉秋平

稀土發(fā)光材料在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用    王江麗

稀土轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用    李兆磊

半導(dǎo)體材料改性與染料敏化太陽能電池組裝與性能測試    張坤峰

染料敏化太陽能電池的大面積化研究    汪娜

光子調(diào)制提高DSSC光電轉(zhuǎn)換效率的研究    周飛云

稀土摻雜轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用    李慶北

染料敏化太陽能電池制備方法及影響因素的研究    于敏

染料電池插層磷酸鋯復(fù)合電解質(zhì)及光電/熱電復(fù)合器件研究    韓黎

斜角蒸鍍二氧化鈦薄膜及其改質(zhì)處理在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用    陳起靜

染料敏化太陽能電池中釕基染料的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和工藝研究    艾祥龍