咔唑类敏化染料的合成及其光伏性能研究

【摘要】：第一章,简要的介绍了染料敏华太阳能电池(DSSCs)的研究背景、结构组成、工作原理、主要性能参数、电极以及电解质的发展。同时对染料敏化剂的最新研究进展进行了综述,在此基础上提出了本文设计思想和研究内容。第二章,本课题以咔唑等为起始原料,经过Suzuki,Vilsmeier-Haack,BuchwaldHartwig以及Knoevenagel等反应,合成五种有机光敏染料,其中四种是以不同类型的咔唑单元修饰的三苯胺为供电基团,环戊二噻吩为共轭桥,氰基乙酸为电子受体的有机光敏染料X72-75,同时合成了经典的三苯胺类有机光敏剂C218作为参比,并对染料及其中间体进行结构表征。第三章,我们测试了所合成的染料在不同体系溶剂中以及使用不同的钴基电解质时的光伏性能。研究发现,(1)当采用三元溶剂Me CN、DCM和t-Bu OH(1.5:1.5:2体积比)时,电池的光伏性能要比采用二元溶剂DCM和t-Bu OH(2.5:2.5体积比)时优越,主要原因是采用三元溶剂时,染料在Ti O2薄膜上的吸附量要大。(2)制备电池时,采用钴(II/III)-邻菲罗林(Co-phen)和钴(II/III)-联吡啶(Co-bpy)氧化还原电对作为电池的电解质,研究发现,这几种染料在Co-bpy电池体系中表现出更好的光伏性能,这与染料的再生驱动力大小有关。另外,发现电池X72-74的光电转化效率要高于X75与C218,这表明采用不对称的三芳胺作为染料的供电单元较对称芳胺更优越。基于Co-bpy电解质,AM 1.5标准光照的条件下,染料X72的短路电流为14.6 m A cm–2,总的光电转化效率可以达到9.18%。第四章,对本论文进行总结 【关键词】：染料敏华太阳能电池 咔唑单元 钴基电解质 光电转化效率
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O626;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• 英文摘要6-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 染料敏化太阳能电池（DSSCs）的研究背景及其发展9-10
• 1.2 染料敏化太阳能电池(DSSCs)结构和工作原理10-12
• 1.2.1 DSSCs的结构组成10-11
• 1.2.2 DSSCs的工作原理11-12
• 1.3 染料敏化太阳能电池（DSSCs）的主要性能参数12-13
• 1.3.1 标准测试光源12
• 1.3.2 敏化太阳能电池性能的主要指标12-13
• 1.4 电解质的研究进展13-15
• 1.4.1 液态电解质14
• 1.4.2 准固态电解质14
• 1.4.3 全固态电解质14-15
• 1.5 染料光敏剂15-20
• 1.5.1 钌基染料16-17
• 1.5.2 卟啉类染料17-18
• 1.5.3 纯有机类染料18-20
• 1.6 论文选题依据和主要研究内容20-22
• 第二章 实验部分22-49
• 2.1 试剂与仪器、设备22-23
• 2.2 试剂的纯化23-24
• 2.3 有机染料的合成24-47
• 2.3.1 染料X72-75 和C218 的合成路线25-28
• 2.3.2 染料X72-75 和C218 的具体合成步骤及产物表征28-47
• 2.4 钴基电解质的合成47-48
• 2.5 本章小结48-49
• 第三章 DSSCs的制备、测试及其性能研究49-64
• 3.1 DSSC的制备49-52
• 3.2 DSSCs的测试52-55
• 3.3 染料X72-75 和C218 的测试结果与讨论55-64
• 3.3.1 染料X72-75 和C218 的光谱特征55-56
• 3.3.2 染料X72-75 和C218 的电化学特征56-59
• 3.3.3 溶剂对染料X72-75 和C218 的DSSCs的光伏性能影响59-60
• 3.3.4 电解质对染料X72-75 和C218 的DSSCs的光伏性能影响60
• 3.3.5 染料X72-75 和C218 的光伏性能特征60-62
• 3.3.6 导带和电子寿命测试62-64
• 第四章 结论64-66
• 参考文献66-71
• 附录 部分代表性化合物的NMR谱图71-75
• 发表论文和科研情况说明75-76
• 致谢76-77

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