本文關(guān)鍵詞：三苯胺基純有機染料敏化劑的制備及光電性能研究

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【摘要】：隨著全球經(jīng)濟的飛速發(fā)展,能源緊缺對每一個國家來說都成了亟待解決的問題。傳統(tǒng)的化石能源,如石油、煤炭、天然氣等日趨減少且不可再生,越來越多的國家開始重視開發(fā)和利用新型可再生能源,而太陽能因其清潔環(huán)保、取之不盡用之不竭和成本低廉等優(yōu)點成為重點開發(fā)對象,太陽能的開發(fā)方式主要有光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、光化學轉(zhuǎn)換和光生物轉(zhuǎn)換,其中最有效的方式是通過太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能。在眾多的太陽能電池中,染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cell, DSSC)由于高效率、低成本、低污染等特點逐漸受到科學家們廣泛關(guān)注。1991年,瑞士科學家Gratzel在Nature上發(fā)表了以釕配合物為染料敏化劑的DSSC研究,其光電轉(zhuǎn)換效率(Photoelectric Conversion Efficiency, PCE,η)達到7.9%,揭開了DSSC研究的序幕。目前,DSSC的最高效率已經(jīng)達到13%。DSSC大致包括光陽極、對電極、電解質(zhì)和染料敏化劑四部分,染料敏化劑主要分為金屬配合物染料和純有機染料兩種。其中,純有機染料大多擁有電子供體-橋鍵-電子受體(Donor-π-Acceptor, D-π-A)的基本結(jié)構(gòu)。為了進一步改善電池器件的性能,本文從染料敏化劑著手,對DSSC進行了一系列的研究,主要工作內(nèi)容如下：1.設(shè)計制備了基于三苯胺-偶酰的(D)2-D-π-A型染料敏化劑DD3A和DD4A,相對于典型的D-π-A型染料,DD3A和DD4A在電子供體D上引入一對有較強供電子能力的次級電子給體,增強了染料的給電子能力,提高了DSSC器件的開路電壓和短路電流,從而驗證了該類染料對電池器件的有效性。將其應(yīng)用于DSSC器件中,最高的轉(zhuǎn)換效率達到3.89%。2.為了提高染料敏化劑的電子傳輸能力,本文在D-π-A型染料TPA-1的基礎(chǔ)上引入了一個次級給電子基團,并引入雙電子受體,以增強染料的受電子能力。設(shè)計制備出基于三苯胺-偶酰的D-D-π-(A)2型染料敏化劑DD3和DD4,將該類染料敏化劑應(yīng)用于DSSC器件中。其中,DD4染料的轉(zhuǎn)換效率最高,可達3.33%。3.染料共敏化是提高電池器件光伏效率非常重要的一種途徑。本文將染料敏化劑DD4與N719按照不同的摩爾比混合后進行共敏化,當共敏化比例為2：8時,電池器件的光伏效率達到最高的8.69%,比單獨的N719效率高出5%,驗證了所合成染料的協(xié)同敏化作用,原因是共敏化拓寬了敏化劑的吸光范圍。4.TTF (Tetrathiafulvalene,四硫富瓦烯)及其衍生物由于具有良好的可逆氧化還原特性和很強的供電子能力,逐漸成為光電材料研究中重要的功能單元。本文向基于三苯胺的D-π-A型染料敏化劑中分別引入了TTF及其衍生物DTF,制備出染料敏化劑DD0和DD1,旨在增強染料分子的電子傳輸能力和穩(wěn)定性,提高其摩爾消光系數(shù),最終達到提升DSSC器件光伏效率的目的。將此系列染料敏化劑應(yīng)用于DSSC器件,其中DD0染料的轉(zhuǎn)換效率可達2.77%。盡管效率改善不是特別明顯,但也足以證明DTF和TTF都具有良好的供電子能力,并預(yù)示其在光伏領(lǐng)域有著不錯的發(fā)展前景。5.配制敏化劑所用溶劑的不同對電池器件的效率影響很大,這是由于溶劑的極性會導(dǎo)致紫外吸收光譜的移動。此外,敏化劑在溶劑中的溶解性也對電池性能有顯著影響。本文采用乙醇、四氫呋喃和二氯甲烷三種溶劑來配制染料敏化劑,并將其應(yīng)用于DSSC器件,分別得到2.77%、2.29%和1.31%的光電效率。充分說明對所合成的染料,極性較大的乙醇溶劑可以在一定程度上促進電池器件效率的提升,而二氯甲烷較差的溶解性則會降低電池器件的效率。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 有機染料敏化劑 次級電子給體 三苯胺-偶酰 共敏化 四硫富瓦烯 溶劑效應(yīng)
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O621.1;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-25
• 1.1 能源概述9
• 1.2 太陽能電池9
• 1.3 染料敏化太陽能電池9-11
• 1.4 染料敏化劑11-12
• 1.4.1 染料敏化劑材料的簡介11
• 1.4.2 染料敏化劑材料的分類11-12
• 1.5 純有機染料敏化劑12-23
• 1.5.1 三苯胺類染料敏化劑12-13
• 1.5.2 香豆素類染料敏化劑13
• 1.5.3 吲哚類染料敏化劑13-14
• 1.5.4 花箐及半花菁類染料敏化劑14
• 1.5.5 多烯類染料敏化劑14-15
• 1.5.6 其他染料敏化劑15-16
• 1.5.7 純有機染料敏化劑的錨定基團16-21
• 1.5.8 染料共敏化21-23
• 1.6 論文選題及研究內(nèi)容23-25
• 第2章 染料敏化劑的合成與表征及電池器件的組裝與測試25-36
• 2.1 染料敏化劑的合成與表征25-32
• 2.1.1 儀器與試劑25
• 2.1.2 染料敏化劑的分子設(shè)計25-26
• 2.1.3 染料敏化劑的合成與表征26-32
• 2.2 DSSC器件的組裝與測試32-34
• 2.2.1 DSSC器件的組裝32-34
• 2.2.2 染料敏化劑的光物理和電化學性能測試34
• 2.2.3 DSSC器件的光電性能測試34
• 2.3 本章小結(jié)34-36
• 第3章 偶酰-三苯胺類染料敏化劑的光電性能研究36-51
• 3.1 (D)_2-D-π-A類染料敏化劑的光電性能研究36-42
• 3.1.1 紫外可見吸收光譜分析36-38
• 3.1.2 電化學性質(zhì)研究38-39
• 3.1.3 光伏特性研究39-42
• 3.2 D-D-π-(A)_2類染料敏化劑的光電性能研究42-48
• 3.2.1 紫外可見吸收光譜分析42-44
• 3.2.2 電化學性質(zhì)研究44-45
• 3.2.3 光伏特性研究45-48
• 3.3 共敏化對電池器件光電轉(zhuǎn)化效率的影響48-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第4章 TTF-三苯胺類染料敏化劑的光電性能研究51-59
• 4.1 紫外可見吸收光譜分析51-53
• 4.2 電化學性質(zhì)研究53-54
• 4.3 光伏特性研究54-57
• 4.4 溶劑對DSSC光伏性能的影響57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第5章 結(jié)論與展望59-61
• 5.1 結(jié)論59-60
• 5.2 展望60-61
• 致謝61-62
• 參考文獻62-68
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文以及科研成果68

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 于佩鳳;2,5—二取代VA唑的熒光量子產(chǎn)率和激光轉(zhuǎn)換效率的研究[J];南京理工大學學報(自然科學版);1985年03期

2 高振衡,程津培,李翔;2,5-二取代VA唑的研究[J];高等學�；瘜W學報;1982年03期

3 黃鳳英;郭r，

本文編號：980120