含二級(jí)供電基團(tuán)的三聚茚基光敏染料的合成及其光伏性能研究

【摘要】：在當(dāng)今時(shí)代能源日益短缺、環(huán)境污染嚴(yán)重的社會(huì)大背景下,太陽(yáng)能因其綠色、清潔、無(wú)污染而吸引著人們的目光。染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)作為傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的替代品,因其低成本、高光電轉(zhuǎn)換效率受到廣泛的關(guān)注。三苯胺及其衍生物是著名的富電子化合物,在光學(xué)和電子領(lǐng)域有諸多應(yīng)用。本論文以三苯胺(TPA)、雙己氧基取代三苯胺(DHO-TPA)、己基吩噻嗪(H-PTZ)作為三芳胺光敏染料的一個(gè)供體單元,并以三聚茚基作為另一個(gè)供體單元,設(shè)計(jì)和合成三種非對(duì)稱三聚茚基三芳胺有機(jī)染料(M40-42)。在推拉式染料中引入具備三維剛性結(jié)構(gòu)的六己基取代三聚茚基團(tuán),使得染料具有良好的光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,能夠有效的抑制電子從Ti O2膜導(dǎo)帶中反向流出與電解質(zhì)發(fā)生電子復(fù)合。并應(yīng)用兩種鈷基電解質(zhì)([Co(phen)3]2+/3+,[Co(bpy)3]2+/3+)制備太陽(yáng)能電池,研究光伏性能與染料結(jié)構(gòu)的關(guān)系。主要合成反應(yīng)包括:布赫瓦爾德(Buchwald-Hartwig)偶聯(lián)反應(yīng),維爾斯邁爾-哈克(Vilsmeier-Haack)反應(yīng)以及克腦文格爾(Knoevenagel)縮合等,關(guān)鍵中間體和目標(biāo)產(chǎn)物通過(guò)核磁、質(zhì)譜等現(xiàn)代分析手段表征。我們通過(guò)光吸收測(cè)試、電化學(xué)性質(zhì)測(cè)試、理論計(jì)算、光伏性能測(cè)試,來(lái)比較敏化劑的光吸收能力、能級(jí)以及影響電池光伏性能的電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。通過(guò)光吸收測(cè)試可知,三種染料在紫外可見(jiàn)光區(qū)域均有較寬較強(qiáng)的吸收,染料M41具有最強(qiáng)的光捕獲能力,M41的最大吸收波長(zhǎng)(λmax)為543 nm,在最大波長(zhǎng)處的摩爾吸光系數(shù)(ε)為69.1×103 M-1cm-1。經(jīng)計(jì)算和分析,染料M40-42的HOMO和LUMO能級(jí)都與二氧化鈦和電解質(zhì)能級(jí)相匹配,在光照條件下,染料電子供體中電子能夠成功的轉(zhuǎn)移到電子受體中,從而注入到Ti O2導(dǎo)帶中。這些測(cè)試結(jié)果表明M40-42符合作為太陽(yáng)能電池光敏化劑的基本條件。染料M40、M41敏化的太陽(yáng)能電池的光伏性能測(cè)試發(fā)現(xiàn),光敏染料M40敏化的太陽(yáng)能電池使用Co-phen電解質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)模擬太陽(yáng)光照下(standard AM 1.5)下電流密度可達(dá)14.32 m A cm–2,開(kāi)路電壓可達(dá)907 m V,填充因子為0.68,光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)8.83%,明顯高于染料M41敏化太陽(yáng)能電池(7.81%)。從IMVS測(cè)試結(jié)果來(lái)看,染料M40敏化的太陽(yáng)能電池的電子壽命更長(zhǎng);另外,從能級(jí)譜圖可知,染料M40敏化的太陽(yáng)能電池的還原再生驅(qū)動(dòng)力最高,氧化態(tài)染料的還原再生效率較高。綜合這兩種優(yōu)勢(shì),染料M40敏化的太陽(yáng)能電池的最終的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于M41敏化的鈷配合物性太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,表明三苯胺作為二級(jí)供電基團(tuán)在鈷電池的中表現(xiàn)令人滿意的光電性能。因此,在未來(lái)有機(jī)敏化劑的設(shè)計(jì)中,我們應(yīng)當(dāng)注重三苯胺(TPA)單元作為供電體的重要作用。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 三苯胺 電子供體 鈷基電解質(zhì) 光伏性能
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 引言10-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-23
• 1.1 太陽(yáng)能電池的研究概況11-12
• 1.1.1 太陽(yáng)能電池的發(fā)展與分類11-12
• 1.1.2 染敏化太陽(yáng)能電池研究狀況12
• 1.2 染料敏化電池概述12-16
• 1.2.1 DSSCs的結(jié)構(gòu)組成12
• 1.2.2 DSSCs的工作原理12-13
• 1.2.3 DSSCs主要評(píng)價(jià)指標(biāo)13-16
• 1.3 電解質(zhì)研究概述16-17
• 1.3.1 電解質(zhì)的發(fā)展及分類16
• 1.3.2 碘電解質(zhì)（I-/I3-）16-17
• 1.3.3 鈷電解質(zhì)17
• 1.4 光敏染料研究概述17-21
• 1.4.1 光敏染料的發(fā)展及分類17-21
• 1.4.2 光敏染料的選擇標(biāo)準(zhǔn)21
• 1.5 選題研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)21-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分23-43
• 2.1 試劑與儀器設(shè)備23-24
• 2.2 試劑的提純24-25
• 2.3 染料的合成25-41
• 2.3.1 目標(biāo)染料及主要中間體的合成路線26-28
• 2.3.2 染料的具體合成過(guò)程及主要產(chǎn)物表征28-41
• 2.4 電解質(zhì)合成41-42
• 2.5 本章小結(jié)42-43
• 第三章 DSSCs的制備、測(cè)試及結(jié)果分析43-59
• 3.1 DSSCs的制備43-47
• 3.1.1 DSSCs制備的準(zhǔn)備工作43-44
• 3.1.2 DSSCs制作流程44-47
• 3.2 染料M40 與M41 的性能測(cè)試與結(jié)果討論47-54
• 3.2.1 吸收光譜47
• 3.2.2 電化學(xué)性質(zhì)測(cè)試47-49
• 3.2.3 計(jì)算分析49-50
• 3.2.4 光伏性能測(cè)試50-54
• 3.3 染料M42 的光學(xué)、電化學(xué)及電池性能測(cè)試54-57
• 3.3.1 染料光物理測(cè)試54-55
• 3.3.2 染料電化學(xué)測(cè)試55-56
• 3.3.3 DSSCs的光伏性能測(cè)試56-57
• 3.4 本章小結(jié)57-59
• 第四章 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明66-67
• 致謝67-68

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

染料敏化太陽(yáng)能電池中二聚噻吩類光敏染料構(gòu)效關(guān)系的理論研究    蘇欣;張吉;吳勇;耿允;蘇忠民;

酞菁類光敏染料的研究進(jìn)展    毛利軍;譚青龍;張學(xué)俊;

太陽(yáng)能電池用聯(lián)吡啶錸光敏染料研究    孫世國(guó),彭孝軍,徐勇前,時(shí)磊,孫立成

雙鏈結(jié)構(gòu)有機(jī)光敏染料的合成及性能    王毅;龐茂印;于曉強(qiáng);王超磊;馬廷麗;

含對(duì)硝基苯受體純有機(jī)光敏染料的合成及性能    王毅;慈振華;劉鶴松;劉騰;王超磊;

染料敏化太陽(yáng)能電池中具有不同電子給體的吩噻嗪類有機(jī)光敏染料的理論研究    張吉;李海斌;吳勇;耿允;段雨愛(ài);廖奕;蘇忠民;

單晶鍺表面鍵合光敏染料的研究    張成路,馮建國(guó)

太陽(yáng)電池用多羧酸光敏染料研究(Ⅰ)——多羧酸染料的合成    孫世國(guó),彭孝軍,孫立成,徐勇前

吡啶類太陽(yáng)能電池光敏染料的理論分子設(shè)計(jì)    潘清江;郭元茹;高曉琴;馮欣;

兩親性D-π-A型有機(jī)染料在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    宋曉睿;王維波;張雪華;李超;王雪松;張寶文;

新型卟啉類光敏染料的合成及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用研究    萬(wàn)中全;賈春陽(yáng);張家強(qiáng);

錸聯(lián)吡啶光敏染料性能的研究    孫世國(guó);彭孝軍;徐勇前;凡明文;時(shí)磊;孫立成;

兩種新型芐叉環(huán)戊酮光敏染料的合成及性質(zhì)研究    薛建強(qiáng);趙榆霞;吳飛鵬;

杯[4]芳烴染料的設(shè)計(jì)合成及在染料敏化太陽(yáng)能電池的應(yīng)用    譚禮林;劉軍民;蘇成勇;

具有大雙光子吸收截面的香豆素酮類光敏染料的合成及其性質(zhì)研究    趙榆霞;李雪;吳飛鵬;

新型香豆素類染料與碘鎓鹽復(fù)合光敏引發(fā)體系的研究    薛建強(qiáng);趙榆霞;吳飛鵬;

錸、釕聯(lián)吡啶光敏染料的研究    孫世國(guó)

環(huán)狀脲/硫脲功能化三苯胺類有機(jī)光敏染料的合成及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    伍致生

新型純有機(jī)光敏染料的合成及其應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池的研究    趙江華

帶有側(cè)鏈鑲嵌基團(tuán)的有機(jī)近紅外光敏染料用于染料敏化太陽(yáng)能電池的研究    郝艷

芳胺類光敏染料用于染料敏化太陽(yáng)能電池的研究    田海寧

四氫喹啉類光敏染料用于染料敏化太陽(yáng)能電池的研究    陳瑞奎

共軛橋電子和空間效應(yīng)對(duì)光敏染料性能的影響研究    慈振華

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

含二級(jí)供電基團(tuán)的三聚茚基光敏染料的合成及其光伏性能研究    夏琪

新型受體基團(tuán)有機(jī)光敏染料的合成及性能研究    劉騰

四吡咯衍生物光敏染料光譜性質(zhì)的密度泛函理論研究    陶委

含側(cè)鏈吸附基團(tuán)的光敏染料在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    趙金霞

雙D-π-A型光敏染料的合成及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    彭錦安

光敏染料的合成及其與β-環(huán)糊精的作用研究    張小剛

含有新型Ⅱ橋的光敏染料的合成與應(yīng)用    張兆輝

D-D-π-A型三苯胺類光敏染料的制備與光電性質(zhì)研究    周林磊

咔唑類D-π-A型有機(jī)光敏染料的合成及其光電化學(xué)性質(zhì)研究    胡斌斌

新型D-π-A結(jié)構(gòu)光敏染料的合成及性能研究    龐茂印