三苯胺和腙類有機(jī)染料的合成及其光伏性能研究

【摘要】：可再生能源是未來社會不可或缺的能源之一，它包括太陽能、風(fēng)能、水能、潮汐能等。其中，太陽能以其無地域性、清潔無污染等優(yōu)勢受到越來越多的重視。太陽能電池是利用光生伏特效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。相對于傳統(tǒng)無機(jī)太陽能電池，染料敏化太陽能電池(DSSCs)以其高效、價廉易得等優(yōu)勢備受關(guān)注?？紤]到釕染料的種種局限，純有機(jī)染料則成為了DSSCs的候選材料之一，因為純有機(jī)染料有著高的摩爾吸光系數(shù)，制備簡單且成本較低。在本論文中，我們設(shè)計合成了一系列新型三苯胺和腙類純有機(jī)染料，研究了它們的光物理和電化學(xué)性質(zhì)，并制備DSSCs，研究了其光伏性質(zhì)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1.設(shè)計并合成了三個新的D-A′-π-A型三苯胺類染料Dye1、Dye2和Dye3，分別以氰基乙酸和丙二腈作為A，芴酮和9-(二氰基乙烯基)芴作為A′，3-己基噻吩為共軛橋。利用紫外-可見吸收光譜、循環(huán)伏安法研究了染料分子中不同受體（A和A′）對其光物理和電化學(xué)性能的影響。重點研究了A和A′的強(qiáng)弱對染料敏化太陽能電池光伏性能的影響。結(jié)果表明：A′的吸電子能力過強(qiáng)（如用二氰基乙烯基代替芴酮上的羰基）有礙于電子在D和A間的有效傳輸，不利于光電轉(zhuǎn)換過程的發(fā)生，從而影響了能量轉(zhuǎn)換效率。制備的基于這三種染料的染料敏化光伏器件中，Dye1的能量轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)到5.33%(Jsc=13.39mA/cm2，Voc=0.66V，F(xiàn)F=0.60)。 2.設(shè)計并合成了三個新的D-π-A型腙類染料HON、HTz和HTzN，分別以3,4-二(辛氧基)噻吩和2,5-雙(3,4-二辛氧基噻吩-2-基)噻唑[5,4-d]并噻唑為共軛橋，以氰基乙酸和對硝基苯乙腈基團(tuán)作為電子受體A。利用紫外-可見吸收光譜、循環(huán)伏安法研究了對硝基苯乙腈受體單元對其光物理、電化學(xué)和光伏性能的影響。研究表明，含氰基乙酸單元的HTz染料能更好的吸附在TiO2膜上，其中基于HTz的DSSCs獲得了5.89%的能量轉(zhuǎn)換效率(Jsc=14.87mA/cm2，Voc=0.62V，F(xiàn)F=0.64)。另外我們也初步研究了該系列染料在本體異質(zhì)結(jié)型光伏器件的光伏性能，其中以含有對硝基苯乙腈單元的HTzN染料呈現(xiàn)了較好的光伏性能，其能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到0.92%(Jsc=2.96mA/cm2，Voc=0.79V，F(xiàn)F=0.40)。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 三苯胺 D-A′-π-A N N-二苯腙 光伏性能
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4;TQ610.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 綜述9-23
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 DSSCs 的結(jié)構(gòu)及其工作原理10-11
• 1.3 有機(jī)太陽能電池的性能參數(shù)11-13
• 1.3.1 開路電壓 (Open-circuit voltage, Voc)11
• 1.3.2 短路電流 (Short- circuit current, Jsc)11
• 1.3.3 最大輸出功率 (Pmax)11-12
• 1.3.4 填充因子 (Fill factor, FF)12
• 1.3.5 能量轉(zhuǎn)換效率 (PCE)12
• 1.3.6 入射光子-電子轉(zhuǎn)化效率 (IPCE)12
• 1.3.7 電流密度-電壓特性曲線 (J-V 曲線)12-13
• 1.4 影響染料敏化太陽能電池效率的因素13-15
• 1.5 染料敏化劑的分類15-21
• 1.5.1 含貴金屬的多聯(lián)吡啶釕類染料15-16
• 1.5.2 不含貴金屬的純有機(jī)染料16-21
• 1.6 本論文的設(shè)計思想和主要內(nèi)容21-23
• 第二章 D–A′–π–A 型三苯胺類有機(jī)染料的合成及其光伏性能研究23-38
• 2.1 引言23-24
• 2.2 實驗部分24-28
• 2.2.1 試劑和儀器24
• 2.2.2 染料的合成路線24-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-36
• 2.3.1 染料分子的設(shè)計與合成及其表征28-29
• 2.3.2 染料的光物理性質(zhì)29-31
• 2.3.3 染料的電化學(xué)性質(zhì)31-32
• 2.3.4 染料的分子軌道計算32-33
• 2.3.5 基于三個染料的 DSSCs 的光伏性能33-35
• 2.3.6 三個染料的電化學(xué)阻抗研究35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-38
• 第三章 含不同受體的 D–π–A 型腙類有機(jī)染料的合成及其光伏性能的研究38-53
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實驗部分39-43
• 3.2.1 試劑和儀器39
• 3.2.2 染料的合成路線39-43
• 3.3 結(jié)果與討論43-52
• 3.3.1 染料分子的設(shè)計與合成及其表征43-44
• 3.3.2 染料的光物理性質(zhì)44-46
• 3.3.3 染料的電化學(xué)性質(zhì)46-47
• 3.3.4 染料的分子軌道計算47-48
• 3.3.5 基于四個染料的光伏性能48-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 總結(jié)與展望53-54
• 參考文獻(xiàn)54-61
• 附錄 A 部分產(chǎn)物的核磁圖61-71
• 附錄 B 試劑、藥品及其純化方法71-73
• 附錄 C 儀器及測試條件和方法73-74
• 致謝74-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況75

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