含苯融噻吩橋（BDT）的光敏染料的合成及其光伏性能研究

【摘要】：目前，能源的需求量越來(lái)越大。太陽(yáng)能作為一種可再生能源，取之不盡，用之不竭。同時(shí)，太陽(yáng)能也是一種巨大的無(wú)污染能源。太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、生產(chǎn)成本低、方便大面積制備，近年來(lái)成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。比起傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池，染料敏化太陽(yáng)能電池被看做是可再生清潔能源最有前景的選擇。它的成本低，有較大的光電轉(zhuǎn)化效率。為了得到更高的光電轉(zhuǎn)化效率，大量的研究關(guān)注于新的光敏染料的設(shè)計(jì)和合成。本文設(shè)計(jì)合成了一系列含有苯融噻吩結(jié)構(gòu)的有機(jī)染料，并對(duì)其光、電化學(xué)性質(zhì)以及它們?cè)贒SSC中的應(yīng)用做出了研究。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。 1.本論文設(shè)計(jì)合成了四種新型的含有BDT結(jié)構(gòu)的染料敏化劑。這四種染料都以己氧基三苯胺為供電基團(tuán)，以BDT，環(huán)氧噻吩連接BDT，融噻吩連接BDT，BDT連接噻吩作為共軛橋，氰基乙酸為電子受體，形成D-π-A或D-π-π-A型的有機(jī)敏化染料。選用BDT作為基本構(gòu)件，經(jīng)過(guò)NBS或Br_2溴化，Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)，Stille偶聯(lián)反應(yīng)，Vilsmeier-Haack反應(yīng)以及Knoevenagel縮合反應(yīng)等最后得到目標(biāo)化合物。對(duì)合成過(guò)程中的未見(jiàn)報(bào)道中間體和最終的目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征：包括紅外、熔點(diǎn)、碳譜、氫譜、質(zhì)譜等。 2.研究了染料XS32-34在溶液中以及在TiO2膜電極上的光學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)。三種染料均在波長(zhǎng)350-550 nm處有很強(qiáng)的可見(jiàn)光吸收帶，其最大吸收峰的波長(zhǎng)分別位于472，483和502 nm，且摩爾消光系數(shù)分別是22×103, 39×103和39×103 M-1·cm-1,說(shuō)明染料可以很好地捕獲到可見(jiàn)光區(qū)中的光；三種染料的HOMO和LUMO能級(jí)與二氧化鈦和電解液能級(jí)相匹配，符合作為敏化劑所必要的條件。 3.對(duì)三種染料XS32-34所對(duì)應(yīng)DSSC進(jìn)行光伏性能測(cè)試。包括電流密度-電壓（JSC-V）曲線以及單色光光電轉(zhuǎn)化效率（IPCE）值。其中基于染料XS32的DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到5.68%，開(kāi)路電壓713mV，光電流密度11.9 mA cm-2，IPCE值的最高值89%出現(xiàn)在497nm處，是這三種染料中最優(yōu)的。本文對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了討論，并通過(guò)電化學(xué)交流阻抗測(cè)試，膜表面染料覆蓋率的測(cè)試以及B3LYP/6-31+G(d)水平下染料分子進(jìn)行密度泛函(DFT)的計(jì)算來(lái)分析出現(xiàn)這種結(jié)果的原因。 4.為了提高DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率，對(duì)電池制備過(guò)程中浸泡染料的溶劑，TiO2吸附染料的時(shí)間，以及染料溶液中的共吸附劑(鵝去氧膽酸)等條件進(jìn)行了優(yōu)化，確定最佳的染料電池的制備條件。并在文章最后對(duì)電池的穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試。 【關(guān)鍵詞】：敏化染料太陽(yáng)能電池 染料敏化劑 苯融噻吩（BDT） 光伏性能 光電學(xué)性質(zhì)
【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】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-28
• 1.1 太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀及種類10-12
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）概述12-14
• 1.2.1 DSSC 的器件結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 DSSC 的工作原理13-14
• 1.3 太陽(yáng)能電池的評(píng)價(jià)參數(shù)14-16
• 1.3.1 單色光光電轉(zhuǎn)換效率（IPCE）14
• 1.3.2 短路光電流密度（Jsc）14
• 1.3.3 開(kāi)路電壓（Voc）14
• 1.3.4 填充因子（ff）14-15
• 1.3.5 光電轉(zhuǎn)換效率（η）15
• 1.3.6 DSSC 的光電流密度-電壓曲線15-16
• 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池的電極16-17
• 1.4.1 光陽(yáng)極16-17
• 1.4.2 光陰極17
• 1.5 染料敏化太陽(yáng)能電池的電解質(zhì)17-18
• 1.6 敏化染料18-27
• 1.6.1 光敏染料的種類18-25
• 1.6.2 光敏染料與二氧化鈦的相互作用25-26
• 1.6.3 含 BDT 結(jié)構(gòu)聚合物26-27
• 1.7 選題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容27-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分28-40
• 2.1 原料試劑與儀器28-30
• 2.2 試劑提純方法30
• 2.3 合成路線30-32
• 2.3.1 目標(biāo)產(chǎn)物的合成路線30-31
• 2.3.2 幾種重要中間體的合成路線31-32
• 2.4 化合物的合成方法及表征32-40
• 第三章 DSSC 制備、電池性能測(cè)試以及結(jié)果討論40-53
• 3.1 DSSC 制備及性能測(cè)試40-42
• 3.1.1 制備 DSSC 的方法40-41
• 3.1.2 DSSC 的測(cè)試41-42
• 3.2 染料的光學(xué)性能測(cè)試42
• 3.3 染料的電化學(xué)性能測(cè)試42
• 3.4 測(cè)試結(jié)果討論42-52
• 3.4.1 染料 XS32-34 的光譜特性43-45
• 3.4.2 染料 XS32-34 的電化學(xué)性能45-46
• 3.4.3 太陽(yáng)能電池的光伏性能46-50
• 3.4.4 電池制備條件的優(yōu)化50-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第四章 結(jié)論53-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明58-59
• 致謝59-60

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

用于染料敏化太陽(yáng)能電池的苊并吡嗪類染料的合成    楊翠翠;孔志霞;崔京南;

    

    

    

    

    

    

    

    

    

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);

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;

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;

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;

光活化農(nóng)藥研究Ⅰ——呋喃并萘并吡喃酮的合成及分子作用機(jī)理    陶志福;錢旭紅;范明才;陳馥衡;

苯乙烯基苯并咪唑染料系列電子光譜的密度泛函研究    陳沁聞;王蘭英;翟高紅;文振翼;張祖訓(xùn);

含硫苯并咪唑環(huán)番的合成和分子識(shí)別    劉志昌;周成合;白雪;

光化學(xué)研究進(jìn)展與應(yīng)用前景    林原;

染料電池 未來(lái)的“家用電站”    戴松元(中科院等離子體物理研究所研究員)

植物激素能增強(qiáng)癌癥光療效果    黎彬

形形色色的現(xiàn)代單兵隱形衣    宋德軍 景小飛

展望未來(lái)醫(yī)學(xué)    本報(bào)記者 馮軍軍

新材料領(lǐng)域值得注意的新發(fā)展方向（二）    邵立勤

這種太陽(yáng)能電池雨天也工作    張亮

太陽(yáng)電池：柔軟便攜像紙一般    記者 連雅婕　通訊員 于柏林 于洋

新染料可改進(jìn)太陽(yáng)能電池效率    劉霞

我省新型太陽(yáng)電池研究“世界先進(jìn)”    于洋　李文

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

新型吡啶內(nèi)鹽有機(jī)光敏染料的分子設(shè)計(jì)、合成、表征及其性質(zhì)研究    單益凡

錸、釕聯(lián)吡啶光敏染料的研究    孫世國(guó)

芳胺染料在溴（碘）基染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    滕超

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

新型有機(jī)染料的設(shè)計(jì)、合成及其在染料敏化太陽(yáng)電池和化學(xué)敏感器中的應(yīng)用研究    張雪華

三苯胺類光敏染料用于染料敏化太陽(yáng)能電池的研究    裴娟

多聯(lián)吡啶衍生物的電荷及電子轉(zhuǎn)移的強(qiáng)化研究    徐勇前

雙金屬吡咯烷骨架手性salen配合物的合成、表征和性能研究    陳永剛

抑制染料聚集優(yōu)化染料敏化太陽(yáng)能電池器件的研究    李晶

含苯融噻吩橋（BDT）的光敏染料的合成及其光伏性能研究    郝曉麗

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

以吡啶為π-橋的三苯胺類光敏染料的合成及其性能研究    閆波

新型受體基團(tuán)有機(jī)光敏染料的合成及性能研究    劉騰

含有新型Ⅱ橋的光敏染料的合成與應(yīng)用    張兆輝

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

側(cè)鏈近紅外有機(jī)光敏染料用于染料敏化太陽(yáng)能電池的研究    周美珍

光敏染料的合成及其與β-環(huán)糊精的作用研究    張小剛

應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池芳胺類染料的設(shè)計(jì)與合成    楊翠翠