本文關(guān)鍵詞：咪唑基染料敏化劑的合成及其光電性能　出處：《西南石油大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：太陽能電池是一種以光電轉(zhuǎn)換方式利用太陽能的器件。第三代太陽能電池(染料敏化太陽能電池,Dye Sensitized Solar Cells,DSSC)因成本低廉、無污染、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點而受到廣泛的研究。染料敏化劑是DSSC中的光響應(yīng)單元,起著捕獲太陽能,產(chǎn)生光電子的作用。非金屬有機染料因其分子可設(shè)計、結(jié)構(gòu)可調(diào)整、原料多樣化、光吸收能力強、光生電子壽命長的特點而受到廣泛研究。非金屬有機染料敏化劑分子具有D-π-A(Donor-π-Acceptor,電子給體-π共軛橋-電子受體)推拉電子結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出了D-D-π-A、D-π-π-A等多重結(jié)構(gòu)分子。目前,非金屬染料敏化劑普遍具有可見光吸收范圍窄,氧化還原穩(wěn)定性差、熱穩(wěn)定性差以及長期穩(wěn)定工作能力不足的缺點。本實驗設(shè)計以苯并咪唑、三苯基咪唑為電子給體單元,合成了文獻(xiàn)中未有報道的以咪唑基為電子給體的非金屬有機染料敏化劑。咪唑基電子給體為芳香富電子共軛結(jié)構(gòu),在擴大光生電子密度的同時又保持了染料分子的穩(wěn)定性。 實驗合成了苯并咪唑基電子給體染料敏化劑：對-(2-苯并咪唑基)-苯甲酸(PBIF)、對-(2-苯并咪唑基)-苯丙烯酸(PBIA)、對-(2-苯并咪唑基)-α-氰基苯丙烯酸酸(PBIC).對-(2-(1-對-羧基苯甲基苯并咪唑基)-苯甲酸(TB-IF)、對-(2-(1-對-丙烯酸苯甲基苯并咪唑)-苯丙烯酸(TB-IA)、對-(2-(1-對-(α-氰基丙烯酸)苯甲基苯并咪唑)-α-氰基苯丙烯酸(TB-IC)和三苯基咪唑基電子給體染料敏化劑：1-H-3-(4-(4,5-二苯基-咪唑基)-苯甲酸(TPIF)、1-H-3-(4-(4,5-二苯基-咪唑基)-苯基丙烯酸(TPIA)、1-H-3-(4-(4,5-二苯基-咪唑基)-苯基-2-氰基丙烯酸(TPIC)。并通過紅外、核磁、質(zhì)譜分析表征了產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)。以合成產(chǎn)物為染料敏化劑制備出DSSC并檢測其電池性能,結(jié)果表明合成的苯并咪唑基電子給體染料敏化劑和三苯基咪唑基電子給體染料敏化劑均具有光敏性能。以TPIF、TPIA、TPIC為敏化劑的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換性能分別為：1.47%、1.85%、1.98%。與非金屬有機染料敏化劑的特點相似,以合成產(chǎn)物為敏化劑的太陽能電池普遍具有較高的填充因子,最高的達(dá)到76%,較高的填充因子說明染料光生電子壽命較長、光電子注入效率較高。紫外可見分析光譜表征了9種產(chǎn)物的可見光響應(yīng)能力,結(jié)果表明PBIF、 PBIA、PBIC的特征吸收波長在405nm左右,TB-IF、TB-IA、TB-IC的特征吸收波長在390nm左右,TPIF、TPIA、TPIC的特征吸收波長在410nm左右,9種產(chǎn)物均具有尖銳的特征吸收峰,表明其在特征吸光波長范圍內(nèi)優(yōu)異的光響應(yīng)能力。分析認(rèn)為以合成產(chǎn)物為敏化劑的DSSC效率較低,主要是特征吸光波長不在太陽光分布最廣的波長范圍內(nèi)和光響應(yīng)范圍和染料吸光范圍較窄的原因。 實驗表征了TPIA、TPIC在敏化Ti02半導(dǎo)體薄膜后的紫外可見吸收光譜,表明合成產(chǎn)物對Ti02半導(dǎo)體薄膜具有很好的敏化能力,擴大了光陽極在350-430nm范圍內(nèi)的吸收能力,敏化后的Ti02半導(dǎo)體薄膜可見吸收峰紅移,吸收范圍拓寬。實驗研究了TPIA濃度和敏化時間對太陽能電池性能的影響,結(jié)果表明較高濃度的染料溶液對電池性能的提升有幫助,但其不成線性增長關(guān)系；過長的敏化時間可以提高染料的短路電流密度,但不利于提高電池的填充因子；分析認(rèn)為高濃度的染料溶液和較長的敏化時間可以提高染料在Ti02半導(dǎo)體薄膜上的吸附量,提升光吸收能力,因而提高短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率,但長時間敏化會造成染料無序堆積,未直接吸附在Ti02半導(dǎo)體薄膜上的染料分子產(chǎn)生的光電子并不能傳輸?shù)絋i02半導(dǎo)體薄膜中,反而會增加光電子復(fù)合的概率,因此填充因子降低。由于染料具有較強的特征波長的光吸收能力,因而對特征光區(qū)的光電轉(zhuǎn)換效率比較高,在此波長范圍的光一定的條件下,提升染料吸附量并不能線性的增加光電轉(zhuǎn)換效率。合成的咪唑染料敏化劑具有比三苯胺類染料敏化劑更窄的禁帶寬度和更好的共軛結(jié)構(gòu),更有助于光生電子的激發(fā)和電荷的分離。因此關(guān)于咪唑系染料敏化劑的研究具有進一步的研究價值。
[Abstract]:A non - metallic organic dye sensitizer is a kind of non - metallic organic dye sensitizer with D - 蟺 - A ( 蟺 - 蟺 - Acceptor , electron donor - 蟺 conjugated bridge - electron acceptor ) . The photo - conversion properties of 2 - ( 1 - p - carboxylbenzyl benzimidazole ) - benzoic acid ( TPIF ) , 1 - H - 3 - ( 4 - ( 4,5 - diphenyl - imidazol - yl ) - phenyl acrylic acid ( TPIF ) , 1 - H - 3 - ( 4 - ( 4,5 - diphenyl - imidazol - yl ) - phenyl acrylic acid ( TPIF ) , 1 - H - 3 - ( 4 - ( 4,5 - diphenyl - imidazol - yl ) - phenyl acrylic acid ( TPIA ) , 1 - H - 3 - ( 4 - ( 4,5 - diphenyl - imidazol - yl ) - phenyl acrylic acid ( TPIA ) , 1 - H - 3 - ( 4 - ( 4,5 - diphenyl - imidazole ) - phenyl - 2 - cyano - acrylic acid ( TPIC ) were characterized . The effects of TPIA and TPIC on the performance of TiO _ 2 semiconductor thin films have been investigated . The results show that the photoelectrons generated by dye molecules in Ti02 semiconductor thin films can not be transferred to Ti02 semiconductor thin films .

【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：O621.3;TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1404743