基于吩噁嗪的有機染料的合成及其光伏性能

【摘要】：染料敏化太陽能電池由于其具備制作工藝簡單,光電轉(zhuǎn)化效率高以及成本低等優(yōu)勢而成為研究熱點。作為染料敏化太陽能電池的重要組成部分,光敏染料對提高電池效率起著決定性的作用。其中,吩嗯嗪單元由于具有良好的光學特性被應用于染料敏化太陽能電池中,本論文以高效穩(wěn)定的純有機染料的合成為目標,開發(fā)了一系列吩噁嗪類小分子染料,并對其合成、表征、光物理以及電化學特性進行了系統(tǒng)的研究和分析,揭示了染料結構與染料敏化太陽能電池光電性能間的關系。 (1)合成三種基于吩噁嗪單元(POZ)的有機染料。在模型分子RPOZ的基礎上,將富電子EDOT單元插入POZ結構與噻吩結構之間,從而獲得染料RPOZ-1。在RPOZ的7號位引入烷氧鏈三苯胺獲得D-D-π-A型吩噁嗪染料分子RTPAPOZ。在三苯胺結構與POZ結構間插入EDOT單元,獲得D-π-D-π-A型吩噁嗪染料RTPAPOZ-1。 (2)通過紫外可見光譜測試,相對于模型分子RPOZ,發(fā)現(xiàn)隨著π單元與D單元的引入,RPOZ-1,RTPAPOZ,和RTPAPOZ-1的吸收光譜都有一定程度的紅移,其中RPOZ-1吸收光譜發(fā)生最大程度的紅移。通過理論計算獲得優(yōu)化的分子結構,認為EDOT的引入可以減小分子結構單元間的扭轉(zhuǎn)角,從而增強分子共軛性,三種分子共軛性的強弱順序為RPOZ-1RTPAPOZ-1RTPAPOZ。 (3)基于四個染料分子的IPCE光電流譜響應曲線與紫外可見吸收光譜變化一致?；谒姆N染料的DSSC器件測試結果顯示,RTPAPOZ-1獲得最高的光電轉(zhuǎn)換效率2.73%(Voc=680mV,Jsc=10.18mAcm-2)。RPOZ-1具有較強的短路電流JSC為7.87mAcm-2,但是其開路電壓只有600mV。認為增強分子共軛性有利于提高短路電流JSC,而不利于增大開路電壓VOC。 【關鍵詞】：染料敏化太陽能電池 純有機染料 吩噁嗪 三苯胺 光伏性能
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：O621.2;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 1 文獻綜述9-28
• 1.1 引言9
• 1.2 染料敏化太陽能電池9-13
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池的結構9-11
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池的工作原理11-12
• 1.2.3 染料敏化太陽能的性能參數(shù)12-13
• 1.3 染料敏化劑在太陽能電池中的應用13-26
• 1.3.1 金屬配合物光敏染料14-18
• 1.3.2 純有機光敏染料18-26
• 1.4 選題思路及內(nèi)容26-28
• 2 染料的合成及表征方法28-40
• 2.2 染料的合成及表征28-39
• 2.2.1 染料的合成方法及原理28-31
• 2.2.2 試劑與儀器31-33
• 2.2.3 染料的合成步驟及表征33-37
• 2.2.4 合成結果數(shù)據(jù)分析37-39
• 2.3 本章小結39-40
• 3 基于吩噁嗪的新型染料分子光伏性能40-52
• 3.1 引言40
• 3.2 電池的組裝40-41
• 3.2.1. 電極的活化及敏化40
• 3.2.2 器件封裝40-41
• 3.3 性能測試方法41-43
• 3.3.1 紫外可見吸收光譜41
• 3.3.2 穩(wěn)態(tài)熒光光譜41
• 3.3.3 電化學循環(huán)伏安測試41-42
• 3.3.4 光電流工作譜測試42
• 3.3.5 電流密度-電壓(J-V)特性曲線測試42
• 3.3.6 量子化學計算42-43
• 3.4 結果與討論43-51
• 3.4.1 光物理和電化學性能43-47
• 3.4.2 理論計算分析47-49
• 3.4.3 器件光伏性能研究49-51
• 3.5 結論51-52
• 4 結論與展望52-54
• 參考文獻54-62
• 攻讀學位期間的研究成果62-63
• 致謝63

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