本文關(guān)鍵詞：新型苯并咔唑取代卟啉及吩噻嗪光敏劑的合成及其光電性質(zhì)研究

  更多相關(guān)文章： 染料敏化太陽能電池 光敏劑 卟啉 吩噻嗪 光電轉(zhuǎn)換效率

【摘要】：21世紀(jì),能源與環(huán)境問題已經(jīng)成為當(dāng)今社會面臨的緊迫問題。開發(fā)利用新型清潔可再生能源成為解決目前能源、環(huán)境以及人類可持續(xù)發(fā)展等問題的重要突破口。染料敏化太陽能電池因其制作工藝簡單,環(huán)境友好,制作成本低廉等優(yōu)點,成為目前太陽能利用的熱點研究領(lǐng)域之一。光敏劑在染料敏化太陽能電池中起到了非常關(guān)鍵的作用,通過對有機分子的不同修飾以及結(jié)構(gòu)的改變可以獲得不同的光電特性。我們知道有機染料分子具有吸光范圍寬,摩爾吸光系數(shù)高,成本低廉,合成步驟簡單和易于進行修飾等優(yōu)點,使有機光敏劑的大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用成為可能。在有機光敏劑中,具有給體單元-橋聯(lián)基團-受體單元(D π A)結(jié)構(gòu)的化合物是一類非常高效、通用型的光敏劑分子。這種D π A結(jié)構(gòu)有機光敏劑分子因其高效的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移特性,而具有獲得較高的光電轉(zhuǎn)換效率的潛能。富電子的橋聯(lián)基團,通常具有可以有效的促進分子內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移過程,拓寬染料分子的光譜響應(yīng)范圍。本文主要設(shè)計合成了兩大類7種分別基于卟啉以及吩噻嗪骨架的新型有機光敏劑,并成功的將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池中。本文首先設(shè)計合成了4種卟啉光敏劑分子(GHH01 04),并在其結(jié)構(gòu)中分別引入苯基,4-乙炔基苯基,苯并噻二唑等橋連單元以及在給體單元苯并咔唑與卟啉之間引入乙炔基等基團,以探索結(jié)構(gòu)改變,對其光電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),通過延長共軛體系的長度,可以有效地拓寬光敏劑分子在可見光區(qū)的吸光范圍,進而提升光敏劑分子的短路電流密度。其中GHH03獲得了最好的的光電轉(zhuǎn)換效率(6.69%),當(dāng)與小分子JY23共敏化時獲得了8.41%的光電轉(zhuǎn)換效率。其次,本文設(shè)計合成了3種基于寡聚噻吩橋連的D π A型吩噻嗪有機染料分子(GHH05 07)。在其結(jié)構(gòu)中分別采用吩噻嗪為給體單元,寡聚噻吩為橋聯(lián)基團,氰基丙烯酸為受體單元,系統(tǒng)研究了長烷基鏈以及次級給電子單元對光敏劑分子光電性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)在寡聚噻吩中引入兩個正辛烷的時候,可以有效地抑制染料分子的在二氧化鈦薄膜表面的自聚集,從而提高其開路電壓。同時,當(dāng)在吩噻嗪單元引入次級給體單元4-丁氧基苯基時可以有效提高染料分子的短路電流密度,從而提升其光電轉(zhuǎn)換效率。其中GHH07獲得了最好的光電轉(zhuǎn)換效率(7.48%)。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 光敏劑 卟啉 吩噻嗪 光電轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4;TQ610.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-42
• 第一節(jié) 染料敏化太陽能電池概述10-29
• 1.1.1 染料敏化太陽能的結(jié)構(gòu)及工作原理10-11
• 1.1.2 染料敏化太陽能電池的性能參數(shù)11-12
• 1.1.3 染料敏化太陽能電池的制作過程12-14
• 1.1.4 染料敏化太陽能電池的光敏劑14-29
• 第二節(jié) DSSC的材料29-33
• 1.2.1 光陽極材料29-30
• 1.2.2 對電極材料30-31
• 1.2.3 DSSC中的氧化還原電解質(zhì)31-33
• 第三節(jié) 立題思路33-36
• 參考文獻36-42
• 第二章 新型卟啉類光敏劑的設(shè)計合成及其在DSSC中的應(yīng)用42-83
• 第一節(jié) 引言42-43
• 第二節(jié) 結(jié)果與討論43-60
• 2.2.1 目標(biāo)化合物的合成與討論43-46
• 2.2.2 光敏劑的紫外可見吸收光譜46-48
• 2.2.3 光敏劑的循環(huán)伏安測試48-51
• 2.2.4 光敏劑的密度泛函理論計算51-52
• 2.2.5 光敏劑的光電轉(zhuǎn)換效率測試52-58
• 2.2.6 光敏劑的吸附量測試58-60
• 第三節(jié) 本章小結(jié)60-61
• 第四節(jié) 實驗部分61-81
• 2.4.1 實驗試劑61
• 2.4.2 實驗儀器61
• 2.4.3 DSSC的制備及測試61-62
• 2.4.4 相關(guān)化合物的合成62-81
• 參考文獻81-83
• 第三章 新型吩噻嗪光敏劑的設(shè)計合成及其在DSSC中的應(yīng)用83-106
• 第一節(jié) 引言83-84
• 第二節(jié) 結(jié)果與討論84-95
• 3.2.1 目標(biāo)化合物的合成與討論84-85
• 3.2.2 光敏劑的紫外可見吸收光譜85-87
• 3.2.3 光敏劑的循環(huán)伏安測試87-89
• 3.2.4 光敏劑的DFT理論計算89-90
• 3.2.5 光敏劑的光電轉(zhuǎn)換效率測試90-93
• 3.2.6 光敏劑的吸附量測試測試93-95
• 第三節(jié) 本章小結(jié)95
• 第四節(jié) 實驗部分95-104
• 3.4.1 實驗試劑與儀器95-96
• 3.4.2 DSSC的制備及測試96
• 3.4.3 相關(guān)化合物的合成96-104
• 參考文獻104-106
• 第四章 總結(jié)與展望106-108
• 附錄 論文中重要化合物的核磁和質(zhì)譜譜圖108-132
• 致謝132-133
• 個人簡歷及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果133

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