三聚茚基光敏染料的合成及其光伏性能研究

【摘要】：太陽(yáng)能是人類取之不盡,用之不竭的可再生能源。近年來(lái)對(duì)太陽(yáng)能電池材料的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)。它具有方便大面積制備和生產(chǎn)成本低及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。此外以有機(jī)染料敏化分子做電池原料可以降低環(huán)境污染,還可以緩解資源的浪費(fèi)。正是由于染料敏化太陽(yáng)能電池采用了光電轉(zhuǎn)換的原理有效的利用了可再生資源--太陽(yáng)能,因此具有很好的發(fā)展前景。 本論文以1-茚酮為原料,經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)合成三聚茚,再經(jīng)過(guò)硝化,還原,重氮化,烏爾曼等反應(yīng)合成中間體單、雙茚胺。含茚基胺再經(jīng)過(guò)Vilsmeier,Suzuki,Witting-Horner,Stille,Knoevenagel等反應(yīng)合成了兩大類共7種新型染料敏化劑(MXD1-7)。其中一類染料MXD1-4以單茚胺作為供電子基,氰基乙酸作為吸電基,分別以烯鍵,噻吩,聯(lián)噻吩及環(huán)氧噻吩作為共軛橋;另一類MXD5-7染料以雙茚胺作為供電子基,氰基乙酸作為吸電基,分別以噻吩,烯鍵噻吩及環(huán)氧噻吩作為共軛橋。通過(guò)紅外、核磁和質(zhì)譜對(duì)合成的各種新化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,并測(cè)定它們的光譜學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性能。將7種染料應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)中,通過(guò)測(cè)試它們的的光電轉(zhuǎn)換性能,研究了構(gòu)效關(guān)系。 研究發(fā)現(xiàn):這兩類化合物在可見(jiàn)光范圍內(nèi)尤其是400-550 nm內(nèi)吸收較強(qiáng),此外它們還有較高的摩爾消光系數(shù)(40～75×10~3M~(-1)cm~(-1)),這證明了該類化合物有良好的光捕獲能力,通過(guò)對(duì)這7種染料(MXD1-7)進(jìn)行電化學(xué)性能的測(cè)試,證明了染料MXD1-7的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的氧化還原電位符合能量匹配原則。 將這7種染料(MXD1-7)應(yīng)用于DSSCs,對(duì)它們進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換性能的研究,發(fā)現(xiàn)這七種染料均具有較高的IPCE值以及在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)較高的轉(zhuǎn)換效率。單茚胺類中以單茚胺作為供電子基,氰基乙酸作為吸電基,環(huán)氧噻吩作為共軛橋的MXD-4光電轉(zhuǎn)化效率最高,為6.09 %。其中短路電流(J_(SC))為11.5 mA cm~(-2),開路電壓(V_(OC))為772 mV,填充因子(ff)為0.68。雙茚胺類中以雙茚胺作為供電子基,氰基乙酸作為吸電基,環(huán)氧噻吩作為共軛橋的MXD-7的光電轉(zhuǎn)化效率最高,為6.18 %。其中短路電流(J_(SC))為11.8 mA cm~(-2),開路電壓(V_(OC))為772 mV,填充因子(ff)為0.68。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 染料敏化劑 單茚胺 雙茚胺 總光電轉(zhuǎn)換效率
【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】：2011
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-33
• 1.1 太陽(yáng)能電池的研究背景及其發(fā)展10-11
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池11-16
• 1.2.1 染料敏化太陽(yáng)能（DSSCs）的基本結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 染料敏化太陽(yáng)能（DSSCs）的工作原理12-13
• 1.2.3 太陽(yáng)能電池的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)13-16
• 1.3 多孔納米晶氧化物半導(dǎo)體薄膜16-17
• 1.4 對(duì)電極17
• 1.5 電解質(zhì)17-19
• 1.6 光敏染料19-31
• 1.6.1 光敏染料的要求19
• 1.6.2 光敏染料的種類19-30
• 1.6.3 多種染料的共敏化作用30
• 1.6.4 共敏染料與納米 TiO_2表面的相互作用30-31
• 1.7 選題依據(jù)31-33
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分33-52
• 2.1 原料試劑與儀器33-34
• 2.2 試劑的純化34-35
• 2.3 單茚胺類化合物MXD1-4 的合成35-44
• 2.3.1 合成路線35-36
• 2.3.2 中間體的合成方法36-44
• 2.4 雙茚胺類化合物MXD5-7 的合成44-51
• 2.4.1 合成路線44
• 2.4.2 中間體的合成方法44-51
• 2.5 本章小結(jié)51-52
• 第三章 DSSCs 的組裝、測(cè)試與結(jié)果討論52-67
• 3.1 DSSCs 的組裝與測(cè)試方法52-53
• 3.1.1 太陽(yáng)能電池(DSSCs)的制備52-53
• 3.1.2 DSSCs 的伏安曲線53
• 3.1.3 DSSCs 的光電流工作譜測(cè)試53
• 3.2 光物理性能測(cè)試方法53-54
• 3.2.1 紫外—可見(jiàn)吸收光譜和熒光光譜測(cè)試53-54
• 3.2.2 電化學(xué)性能測(cè)試54
• 3.3 單茚胺類染料 MXD1-4 的結(jié)果與討論54-60
• 3.3.1 染料的光譜特性54-56
• 3.3.2 染料的電化學(xué)特性56-58
• 3.3.3 太陽(yáng)電池的光伏性能58-60
• 3.4 雙茚胺類染料 MXD5-7 的結(jié)果與討論60-66
• 3.4.1 染料的光譜特性60-62
• 3.4.2 染料的電化學(xué)特性62-64
• 3.4.3 太陽(yáng)電池的光伏性能64-66
• 3.5 本章小結(jié)66-67
• 第四章 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明74-75
• 致謝75-76

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