染料敏化太陽(yáng)能電池光敏劑的合成及性能研究

【摘要】： 太陽(yáng)能電池是目前太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的一個(gè)重要方向,提高染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵在于開(kāi)發(fā)新型、高光電轉(zhuǎn)換效率和高穩(wěn)定性的光敏劑。以此為目的,我們首先設(shè)計(jì)合成了染料中間體和Cy7縮合劑,然后以其為原料合成了對(duì)稱Cy3、不對(duì)稱Cy3及對(duì)稱Cy7菁染料光敏劑,并研究了三種光敏劑的性能。 以對(duì)氨基苯磺酸為原料經(jīng)過(guò)重氮化、還原、與3-甲基-2-丁酮反應(yīng)、再通過(guò)對(duì)氯甲基苯甲酸季銨鹽化等制得染料中間體。 采用油浴和超聲波兩種方法,以上述中間體分別通過(guò)縮合劑原甲酸三乙酯和5-苯胺基戊二烯醛縮苯胺鹽酸鹽合成得到了對(duì)稱Cy3、不對(duì)稱Cy3和對(duì)稱Cy7菁染料光敏劑,通過(guò)1HNMR、MS等對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確認(rèn)。與油浴相比,超聲波法具有反應(yīng)時(shí)間短、溫度低和收率高等優(yōu)點(diǎn)。 通過(guò)SiO2柱色譜對(duì)所合成的光敏染料進(jìn)行分離提純,探索了產(chǎn)品分離的最佳洗脫劑。對(duì)稱Cy3、不對(duì)稱Cy3和對(duì)稱Cy7最佳洗脫劑的組成分別是異丙醇:水=5:1、冰醋酸:正丁醇:水=7:80:5、冰醋酸:正丁醇:水=5:32:5。 測(cè)試了所合成染料的光譜性能。在水溶液中對(duì)稱Cy3、不對(duì)稱Cy3和對(duì)稱Cy7最大特征紫外吸收波長(zhǎng)分別為551 nm、544 nm和749 nm;最大熒光發(fā)射波長(zhǎng)為565 nm、561 nm和787 nm。與在水溶液下相比,所合成的染料光敏劑在α-環(huán)糊精水溶液中的最大紫外吸收和熒光發(fā)射波長(zhǎng)不變,但強(qiáng)度有所增強(qiáng)。 利用電化學(xué)工作站測(cè)試了染料敏化TiO2光陽(yáng)極的阻抗,由于對(duì)稱Cy3、不對(duì)稱Cy3使TiO2吸收光譜范圍拓寬,有較好的光敏性,使制得的光陽(yáng)極吸光度增大,并使電解質(zhì)/氧化物電極界面的電荷傳輸增快,阻抗減小。但由于對(duì)稱Cy7抗氧化能力較弱,影響了光陽(yáng)極的光吸收效率,使阻抗增大。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 多甲川菁染料 光敏劑 超聲波法 光譜性能 阻抗
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-26
• 1.1 染料敏化太陽(yáng)能電池10-16
• 1.1.1 染料敏化太陽(yáng)能電池概述10-11
• 1.1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及其工作原理11-12
• 1.1.3 太陽(yáng)能染料光敏電池制備條件12-15
• 1.1.4 DSSC 電池目前存在的問(wèn)題及將來(lái)的研究方向15-16
• 1.2 菁染料16-21
• 1.2.1 菁染料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)16-18
• 1.2.2 菁染料的性能及應(yīng)用18-21
• 1.3 超聲波合成原理及方法21-22
• 1.4 色譜分離原理及方法22-24
• 1.4.1 薄層色譜法22-23
• 1.4.2 柱色譜23-24
• 1.5 本論文的目的、內(nèi)容及意義24-26
• 第2章 染料中間體的合成26-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器26
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品26
• 2.2 染料中間體的合成26-29
• 2.2.1 中間體結(jié)構(gòu)及合成路線27-28
• 2.2.2 合成方法28-29
• 2.3 中間體制備工藝探討29-30
• 2.3.1 對(duì)肼基苯磺酸的合成29-30
• 2.3.2 2,3,3-三甲基-3H-吲哚啉-5-磺酸鉀的合成30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 對(duì)稱三甲川菁染料的合成及性能31-46
• 3.1 實(shí)驗(yàn)儀器及原料31-32
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器31
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品31-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法32-33
• 3.2.1 對(duì)稱Cy3 菁染料的合成路線32-33
• 3.2.2 對(duì)稱Cy3 菁染料的合成裝置圖33
• 3.2.3 對(duì)稱Cy3 菁染料的合成33
• 3.3 對(duì)稱Cy3 菁染料制備工藝探討33-35
• 3.3.1 原甲酸三乙酯和吡啶的作用及影響33-34
• 3.3.2 超聲波作用結(jié)果探討34-35
• 3.4 對(duì)稱Cy3 菁染料的分離及結(jié)構(gòu)表征35-39
• 3.4.1 柱分離洗脫劑的選擇35-37
• 3.4.2 產(chǎn)品高效液相色譜分析及結(jié)構(gòu)確定37-39
• 3.5 對(duì)稱Cy3 的紫外吸收光譜及熒光發(fā)射光譜39-43
• 3.5.1 對(duì)稱Cy3 菁染料的紫外特征光譜39-41
• 3.5.2 對(duì)稱Cy3 菁染料的熒光特征光譜41-43
• 3.6 光陽(yáng)極性能測(cè)試43-44
• 3.6.1 染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備43
• 3.6.2 光陽(yáng)極交流阻抗的測(cè)定43-44
• 3.6.3 結(jié)果與分析44
• 3.7 本章小結(jié)44-46
• 第4章 對(duì)稱七甲川菁染料的合成及性能46-61
• 4.1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品46-47
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器46
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品46-47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法47-49
• 4.2.1 對(duì)稱Cy7 縮合劑的制備47-48
• 4.2.2 對(duì)稱Cy7 菁染料的合成路線48
• 4.2.3 對(duì)稱Cy7 菁染料的合成48-49
• 4.3 對(duì)稱Cy7 菁染料合成工藝探討49-51
• 4.3.1 縮合劑制備工藝探討49-50
• 4.3.2 對(duì)稱Cy7 菁染料制備工藝探討50-51
• 4.4 對(duì)稱Cy7 菁染料的分離及結(jié)構(gòu)表征51-54
• 4.4.1 柱分離洗脫劑的選擇51-53
• 4.4.2 產(chǎn)品高效液相色譜分析及結(jié)構(gòu)確定53-54
• 4.5 對(duì)稱Cy7 的紫外吸收光譜及熒光發(fā)射光譜分析54-57
• 4.5.1 對(duì)稱Cy7 菁染料的紫外特征光譜54-56
• 4.5.2 對(duì)稱Cy7 菁染料的熒光特征光譜56-57
• 4.6 光陽(yáng)極性能測(cè)試57-59
• 4.6.1 染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備57
• 4.6.2 光陽(yáng)極交流阻抗的測(cè)定57-58
• 4.6.3 結(jié)果分析58-59
• 4.7 本章小結(jié)59-61
• 第5章 不對(duì)稱三甲川菁染料的合成及性能61-74
• 5.1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品61-62
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器61
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品61-62
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法62-63
• 5.2.1 不對(duì)稱三甲川菁染料的合成路線62
• 5.2.2 不對(duì)稱Cy3 菁染料的合成62-63
• 5.3 不對(duì)稱Cy3 菁染料制備工藝探討63-64
• 5.3.1 反應(yīng)條件探討63
• 5.3.2 超聲波作用結(jié)果探討63-64
• 5.4 不對(duì)稱Cy3 菁染料的分離及結(jié)構(gòu)表征64-67
• 5.4.1 柱分離洗脫劑的選擇64-66
• 5.4.2 產(chǎn)品高效液相色譜分析及結(jié)構(gòu)確定66-67
• 5.5 不對(duì)稱Cy3 的紫外吸收光譜及熒光發(fā)射光譜分析67-71
• 5.5.1 不對(duì)稱Cy3 菁染料的紫外特征光譜67-69
• 5.5.2 不對(duì)稱Cy3 菁染料的熒光特征光譜69-71
• 5.6 光陽(yáng)極性能測(cè)試71-73
• 5.6.1 染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備71
• 5.6.2 光陽(yáng)極交流阻抗的測(cè)定71
• 5.6.3 結(jié)果分析71-73
• 5.7 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-75
• 參考文獻(xiàn)75-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)和主要成果80-81
• 致謝81-82
• 作者簡(jiǎn)介82

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