【摘要】：本論文主要研究不同供電基團(tuán)對(duì)染料光電性能的影響，設(shè)計(jì)了基于咔唑基團(tuán)氮原子上引入不同正丁基、正己基和正癸基的CZ系列染料和基于不同剛性二芳胺基團(tuán)的卟啉染料，并應(yīng)用到染料敏化太陽(yáng)能電池中，測(cè)試其光伏性能。 以咔唑?yàn)樵希瑢⑦沁虻臃謩e連結(jié)不同正構(gòu)烷烴，再通過(guò)Vilsmeier試劑將咔唑的一個(gè)苯環(huán)對(duì)位進(jìn)行甲酰化得到9H-咔唑-3-甲醛。通過(guò)MacDonald [2+2]法合成卟啉自由堿、再經(jīng)灌金屬反應(yīng)、水解反應(yīng)，得到三個(gè)CZ卟啉染料。目標(biāo)產(chǎn)物和中間產(chǎn)物均經(jīng)過(guò)質(zhì)譜、1H-NMR表征，并對(duì)目標(biāo)染料分子的光學(xué)性能、電化學(xué)性能以及光電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了研究測(cè)試。由于三個(gè)CZ染料分子結(jié)構(gòu)非常類似，僅取代烷基鏈長(zhǎng)度有所差別，其紫外-可見(jiàn)吸收光譜和穩(wěn)態(tài)熒光光譜也比較相似。CZ-10由于其烷基鏈最長(zhǎng)，能夠有效抑制電子向電解質(zhì)回傳，降低電子復(fù)合速率，防止暗電流產(chǎn)生，其電子壽命最長(zhǎng)且開路電壓VOC最大。但由于其空間位阻過(guò)大導(dǎo)致染料吸附量太低，染料捕獲的光能量最少，產(chǎn)生的光生電子最少，其短路電流JSC最低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明用于防聚集的正己基鏈由于長(zhǎng)度合適，比正丁基能更好地防止電子回傳，比空間位阻更大的正癸基在TiO2表面的染料吸附量大，因此CZ-6染料的光電轉(zhuǎn)換效率最高（2.13%）。 以苯基二吡咯烷、原甲酸三甲酯和對(duì)氰基苯甲醛為原料，通過(guò)MacDonald[2+2]法合成卟啉自由堿，再經(jīng)NBS溴化和灌金屬反應(yīng)、Buchwald-Hartwig碳氮偶聯(lián)反應(yīng)、還原反應(yīng)以及Knoevenagel縮合反應(yīng)，得到三個(gè)卟啉染料。目標(biāo)產(chǎn)物和中間產(chǎn)物均經(jīng)過(guò)質(zhì)譜、1H-NMR表征，并對(duì)目標(biāo)染料分子的光學(xué)性能、電化學(xué)性能以及光電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行了研究測(cè)試。DPA-CN-COOH、IDB-CN-COOH和ISB-CN-COOH紫外-可見(jiàn)吸收峰形類似。通過(guò)DFT計(jì)算，三個(gè)染料上氮原子的福井函數(shù)分別為0.8267，0.8955和-0.6684，，染料ISB-CN-COOH的福井函數(shù)值與其他染料相反，說(shuō)明其供電基團(tuán)上的氮原子沒(méi)有表現(xiàn)出親核性，光電轉(zhuǎn)換效率最差（2.62%）。由于福井函數(shù)值最大，染料IDB-CN-COOH親核性和供電子能力最強(qiáng)，從而有利于電子傳輸進(jìn)程和電荷分離態(tài)的穩(wěn)定性。染料IDB-CN-COOH的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了N719染料光電轉(zhuǎn)換效率(η=6.02%)的87%，表明IDB-CN-COOH作為染料敏化劑具有很好的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4

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本文編號(hào)：2515569