氮杂融二噻吩类有机染料的合成与光伏性能研究

【摘要】：能源和环境问题在当今社会越来越突出，随着社会的发展，人们迫切的希望找到一种绿色无污染的清洁能源。染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized NanocrystallinePhotovoltaic Solar Cells，DSSC)由于其制作工艺简单、成本比较低廉，受到了科学家的亲睐。 本论文鉴于本课题组已合成出的敏化染料C214，设计并合成了以苯己氧基三苯胺作为供电基团,联噻吩和吡咯噻吩分别作为共轭桥的新型敏化染料X62-63。通过与C214经行比较，考察这三种染料在钴电解质和碘电解质中性能的差异并分析其产生的原因。 我们对这三种染料在溶液中和在TiO2膜上分别进行了光电性质的测试，结果表明其在450到550nm范围内均有强吸收峰，C214的摩尔吸光系数为31000M–1cm–1，X62和X63的摩尔吸光系数分别为56000和75000M–1cm–1，这些说明染料具有良好的光捕获能力。经过电化学测试，这三种染料HOMO和LUMO能级与TiO2和电解质能级相匹配，符合作为敏化剂所具备的条件。 在相同电解质下，含有对己氧基三苯胺的染料C214的电子寿命要比含有对苯己氧基三苯胺的染料X62要长的多。这一数据使我们认识到具有很大供电基团的染料不一定具有很长的电子寿命。换句话而言，染料的摩尔吸光系数决定了薄的TiO2膜制成的染料敏化太阳能电池光电流性能。在钴电解质中，染料X63制备的太阳能电池短路电流能达到11.5mA cm-2，开路电压能达到948mV，填充因子为0.69，光电转换效率达到了7.52%。 本论文还设计了非传统意义上具有D-π-A结构的四种吡咯联噻吩染料X66-69。吡咯联噻吩通常作为共轭桥的组成部分，由于其共轭结构较新，故设计四种敏化染料考察其是否也具有比较好的供电子能力。本实验以联噻吩为起始原料，通过NBS溴化，付克酰基化，Suzuki偶联，Vilsmeier反应，以及Knoevenagel缩合等反应合成。由于时间关系本论文只完成了四种染料的合成部分，未能给出实验结论。 【关键词】：敏化染料 电子复合 电子寿命 光伏性能 电子供体
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ610.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 文献综述10-25
• 1.1 DSSC 研究的背景、现状和发展10-11
• 1.2 染料敏化太阳能电池（DSSC）11-13
• 1.2.1 DSSC 的基本结构11
• 1.2.2 DSSC 工作原理11-13
• 1.3 染料敏化太阳能电池(DSSC)性能的评价指标13-15
• 1.3.1 单色光光电转换效率（IPCE）13
• 1.3.2 短路光电流密度（JSC）13-14
• 1.3.3 开路电压（VOC）14
• 1.3.4 填充因子（ ff ）14
• 1.3.5 DSSC 的光电流密度-电压曲线（J/V curve）14
• 1.3.6 光电转换效率（η）14-15
• 1.4 光阳极15
• 1.5 光阴极15-16
• 1.6 电解质16
• 1.7 太阳能电池的敏化染料16-23
• 1.7.1 染料的研究进展16-17
• 1.7.2 金属配合物光敏剂17-20
• 1.7.3 纯有机染料20-23
• 1.8 本论文研究内容23-25
• 第二章 染料的合成25-44
• 2.1 实验原料和实验设备25-27
• 2.2 试剂的纯化27
• 2.3 目标化合物的合成27-43
• 2.3.1 合成路线28-32
• 2.3.2 化合物的合成和表征32-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 DSSC 的制备、染料性能的测试及结果的讨论44-56
• 3.1 DSSC 的制备、测试方法44-47
• 3.1.1 电池制备前材料的准备44-45
• 3.1.2 电池的制备45-46
• 3.1.3 DSSC 的测试46-47
• 3.2 染料的光学、电化学性质测试方法以及密度泛函理论的计算47-48
• 3.2.4 液体紫外测试和荧光测试47
• 3.2.5 染料电化学测试以及密度泛函理论计算47-48
• 3.3 实验结果和讨论48-54
• 3.3.1 染料 X62 和 X63 的光谱学性质48-49
• 3.3.2 染料 X62 和 X63 电化学性质49-50
• 3.3.3 计算机数据分析50-51
• 3.3.4 DSSC 的光伏性能51-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第四章 结论56-57
• 参考文献57-60
• 发表论文和科研情况说明60-61
• 致谢61-62

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