本文選題：染料敏化太陽(yáng)電池　切入點(diǎn)：釕配合物敏化劑　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：近年來(lái),全球?qū)η鍧嵖沙掷m(xù)的新型能源需求不斷攀升,具有低價(jià)、高效且有規(guī)模產(chǎn)業(yè)化前景的染料敏化太陽(yáng)電池(DSSC)受到研究人員的廣泛關(guān)注。作為DSSC中最核心的部分,染料敏化劑在寬帶隙半導(dǎo)體材料表面形成單分子層,對(duì)電池的光收集效率,電荷分離效率以及光子-電流轉(zhuǎn)換效率有著決定性的作用。釕配合物染料敏化劑因其吸光范圍寬,能級(jí)位置合適,轉(zhuǎn)換效率高,穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)成為了目前使用范圍最廣,產(chǎn)業(yè)化前景最好的敏化劑類(lèi)型。開(kāi)發(fā)具有寬光譜強(qiáng)吸收,能級(jí)位置合適的高效釕配合物染料敏化劑是本論文研究的出發(fā)點(diǎn)。在本文中,我們以在聯(lián)吡啶輔助配體上引入強(qiáng)離域的電子給體天線(xiàn)為主要手段,按照逐步增加共軛程度,延長(zhǎng)共軛長(zhǎng)度為結(jié)構(gòu)梯度,合成出四個(gè)系列,共十二種釕配合物染料敏化劑。系統(tǒng)研究了染料的光物理和電化學(xué)性質(zhì),并將其用于染料敏化太陽(yáng)電池中,深入考察了電子給體天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的引入與電池光電性能之間的關(guān)系。在聯(lián)吡啶輔助配體上分別引入非環(huán)式的電子給體甲氧基苯(methylthio-phenyl)和甲硫基苯(methoxyl-phenyl)以及環(huán)式電子給體亞甲二氧基苯(methylenedioxy-phenyl)得到染料 RC-15,RC-16 和 RC-22。研究結(jié)果表明含有環(huán)式電子給體基團(tuán)的RC-22擁有最大的摩爾消光系數(shù),吸收光譜紅移程度也最明顯。基于RC-22的電池獲得了最佳的敏化效果,IPCE曲線(xiàn)的最大值超過(guò)了90%。證明了環(huán)式電子給體的引入比非環(huán)式電子給體更有利于染料光收集效率的提高,從而獲得更高的光生電流。芳胺類(lèi)衍生物擁有合適的光電化學(xué)性質(zhì),在釕染料分子中,芳胺類(lèi)電子給體還可以給極性的釕染料分子和非極性的空穴傳輸物質(zhì)提供極性匹配,從而促進(jìn)界面連接,提高光伏性能。我們通過(guò)在聯(lián)吡啶輔助配體上引入三種不同結(jié)構(gòu)-電化學(xué)性質(zhì)的芳胺類(lèi)電子給體(N,N-二乙基苯胺,久洛尼定和N,N-二芐基苯胺)設(shè)計(jì)合成出三種不同釕配合物染料分子RC-31,RC-32以及RC-36。其中,RC-36敏化的太陽(yáng)電池獲得了最出色的光電轉(zhuǎn)換效率10.23%,基于RC-32的太陽(yáng)電池效率僅為7.43%。表明引入芳胺電子給體結(jié)構(gòu)-電化學(xué)性質(zhì)對(duì)染料分子有著巨大的影響。結(jié)構(gòu)合適的芳胺電子給體需在引入后顯著提高染料分子的光收集能力,另外電子給體的給電子能力還需要相對(duì)適中,不能破壞染料分子在染料敏化太陽(yáng)電池中的能級(jí)平衡,即不能影響激發(fā)態(tài)染料電子注入和基態(tài)染料分子再生過(guò)程的進(jìn)行。為了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高效強(qiáng)離域的電子給體天線(xiàn)結(jié)構(gòu),探究其結(jié)構(gòu)對(duì)染料性質(zhì)及染料敏化太陽(yáng)電池性能的影響,我們?cè)O(shè)計(jì)合成了三種釕配合物染料分子RC-41,RC-42以及RC-43。在染料RC-41中,我們引入了與三苯胺有相似結(jié)構(gòu)以及相似給電子能力的苯咔唑(PCA)基團(tuán)作為電子給體天線(xiàn)。在染料RC-42中,引入了含有甲氧基的三苯胺(MeO-TPA)基團(tuán)來(lái)進(jìn)一步提高三苯胺的給電子能力。在染料RC-43中,為了進(jìn)一步提高給電子能力,增強(qiáng)染料分子的共軛長(zhǎng)度,我們?cè)诼?lián)毗啶支架和甲氧基三苯胺之間加入了乙烯二氧噻吩(EDOT)基團(tuán)。將這些染料應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)電池中,在光照為AM1.5G(100mWcm-2)的情況下,這三種染料敏化的太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率均高于基準(zhǔn)染料Z907。其中RC-43敏化的太陽(yáng)電池獲得了最好的光電性能,效率可以達(dá)到10.78%。為了探索強(qiáng)電子給體對(duì)三聯(lián)吡啶染料性質(zhì)及光電性能的影響,我們將含有強(qiáng)離域電子給體的聯(lián)吡啶輔助配體引入三聯(lián)吡啶釕染料中來(lái)替代其中兩個(gè)異硫氰根配體。希望可以在提高短波長(zhǎng)區(qū)域吸光強(qiáng)度的同時(shí),增強(qiáng)染料的穩(wěn)定性,提高染料的性能。我們?cè)O(shè)計(jì)合成了三種三聯(lián)吡啶釕配合物染料分子RC-T51,RC-T52以及RC-T53。這三種RC染料的分子結(jié)構(gòu)均由4,4',4"-三羧酸-2,2':6',2"-三聯(lián)吡啶作為錨定基團(tuán),含有強(qiáng)離域的電子給體天線(xiàn)的輔助配體,以及一個(gè)用來(lái)協(xié)調(diào)染料性質(zhì)的異硫氰根組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,RC染料敏化電池的效率均低于基準(zhǔn)染料N749。這種現(xiàn)象是由于RC-T染料不合適的HOMO能級(jí)分布以及低下的染料再生效率所導(dǎo)致的。
[Abstract]:In recent years , a new type of dye - sensitized solar cell ( DSSC ) , which has been used in dye - sensitized solar cells , has been used in dye - sensitized solar cells . In order to further improve the electron - donating ability and enhance the conjugation length of dye molecules , we added ethylene dioxythiophene ( EDOT ) groups to the dye - sensitized solar cells . The photoconversion efficiency of these three kinds of dye - sensitized solar cells was higher than that of the reference dye Z907 . In order to explore the effect of the strong electron donor on the properties and photoelectric properties of the tripolypyridyl ruthenium dyes , we designed three kinds of tripolypyridyl ruthenium complex dye molecules RC - T51 , RC - T52 and RC - T53 . The experimental results show that the efficiency of the RC - 43 sensitized solar cells is lower than that of the reference dye N749 . This phenomenon is caused by the improper homo - level distribution of the RC - T dye and the low dye regeneration efficiency .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O641.4;TM914.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 陳汪超;釕配合物敏化劑設(shè)計(jì)合成及其在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

2 靳斌斌;量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池的光陽(yáng)極和對(duì)電極研究[D];陜西師范大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 崔雪萍;基于鈣鈦礦的全固態(tài)太陽(yáng)電池的制備與性能研究[D];天津大學(xué);2016年

2 李華洋;鈣鈦礦薄膜的制備與優(yōu)化及其在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用研究[D];河南理工大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：1726783