為了緩解日益嚴(yán)重的能源危機(jī),開發(fā)利用新能源成為主要趨勢。而太陽能由于清潔無污染、可持續(xù)發(fā)展,深受研究者的青睞。在太陽能光電轉(zhuǎn)化領(lǐng)域,染料敏化太陽能電池(DSSCs)由于成本低廉、制備工藝簡單和環(huán)境污染小,具有非常大的應(yīng)用潛力。而染料敏化劑作為核心組件,擔(dān)負(fù)著吸收太陽光和注入電子的重要作用,直接影響DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率。本課題組前期開發(fā)了硫脲三苯胺類有機(jī)染料,具有較強(qiáng)的供電子能力,獲得了較寬的光譜吸收范圍。本論文對硫脲三苯胺染料橋鏈部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾,引入噻吩并吡咯二酮(TPD)作為輔助受體,構(gòu)建D-A-π-A型染料,并且以TPD為核心單元,引入雙錨基,設(shè)計(jì)雙受體染料,測試光物理、電化學(xué)性質(zhì)以及DFT計(jì)算分子結(jié)構(gòu),主要研究內(nèi)容如下:1.以TPD為原料,通過NBS溴代、Suzuki偶聯(lián)、Vislmier-Haack甲�；eck偶聯(lián)和Knoevenagel縮合等經(jīng)典反應(yīng),分別合成了 3個(gè)具有硫脲三苯胺供體的D-A-π-A的光敏染料和2個(gè)具有兩個(gè)錨基的雙受體染料。并通過核磁、紅外、質(zhì)譜對目標(biāo)化合物及中間體進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。2.對染料分子進(jìn)行了光物理性能測試,考察了 TPD吸電子基團(tuán)對光譜吸收、摩爾消光系數(shù)的影響。UV-Vis光譜表明,相比AZ6,ST系列染料由于具有較好的平面性,紫外最大吸收紅移,光譜吸收范圍明顯拓寬。其中,ST3延長了共軛橋鏈的長度,紅移程度最大,最大吸收波長為472nm。此外,具有兩個(gè)錨基的雙受體染料相比單受體染料,光譜吸收范圍明顯拓寬且摩爾消光系數(shù)顯著增大。3.電化學(xué)循環(huán)伏安測試表明,ST系列染料和雙受體染料的HOMO/LUMO能級均能滿足DSSCs器件的能級需求。阻抗性能測試發(fā)現(xiàn),ST系列染料存在明顯的電子復(fù)合,縮短了電子壽命。4.通過密度泛函理論計(jì)算,得到了染料分子的最優(yōu)構(gòu)型以及HOMO/LUMO軌道電子云分布情況。輔助受體TPD的引入,增加了分子的平面性,降低了能級間的帶隙,有利于染料分子的激發(fā)和電子傳輸。雙受體染料的HOMO軌道電子云在TPD上分布較少,表明其供電子能力不足。5.光伏性能測試表明,ST系列染料的IPCE和PCE均低于參比染料AZ6,主要是由于ST染料π-π堆積或團(tuán)聚作用,導(dǎo)致電子復(fù)合嚴(yán)重。ST2中呋喃橋鏈具有一定的扭轉(zhuǎn)角,部分抑制了染料聚集,獲得了最高的PCE(η=3.23%),添加8 mM CDCA共吸附時(shí),染料ST2的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到3.93%。雙受體染料的光電轉(zhuǎn)化效率較低,主要是因?yàn)門PD基團(tuán)作為供體給電子能力較差。
【學(xué)位單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ613
【部分圖文】：

１染料敏化太陽能電池構(gòu)造及原理??在ＤＳＳＣｓ光伏器件中，主要由光陽極、染料敏化劑、電解液和對電極四個(gè)部??分組成［２３］，如圖１－１所示。其中，光陽極主要通過在ＦＴ０導(dǎo)電玻璃上沉積一定厚??度的介孔氧化物（如Ｔｉ０２）得到，用于轉(zhuǎn)移電子。電解液主要是含有氧化還原電??對的有機(jī)溶劑（如ｒ／ｉ３＿電解液），用于還原染料分子及電解液自身的再生。對電??極是通過在ＦＴ０導(dǎo)電玻璃上沉積一層催化劑（如鉑）得到，用于催化氧化還原電??對的再生過程和從外電路收集電子［２４］。在ＤＳＳＣｓ中，染料敏化劑起著至關(guān)重要的??作用，一方面用于吸收光子并將電子注入Ｔｉ０２，?一方面從氧化還原電對獲得電子??２??

１．２．２技術(shù)參數(shù)??染料敏化太陽能電池性能評價(jià)主要通過單色光轉(zhuǎn)化效率（ＩＰＣＥ）和光電轉(zhuǎn)化??效率（ＰＣＥ）兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行衡量［２８別。ＤＳＳＣｓ的Ｊ－Ｖ曲線如圖１－２所示，它能直??接反應(yīng)出光伏性能，其中，橫坐標(biāo)截距為開路電壓（ＶＱＣ），縱坐標(biāo)截距為短路電??流密度（Ｊｓ。）的數(shù)值，而曲線拐點(diǎn)處所對應(yīng)的橫縱坐標(biāo)分別為實(shí)際電壓（Ｖｍｐ）和??實(shí)際電流密度（Ｊｍｐ），兩者的乘積即為實(shí)際最大輸出功率（ＰＯＴｔ）?［３Ｇ］。??個(gè)??Ａｃ?ｌ．ｕ．“?：１１?????ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ?Ｖ??圖１－２染料敏化太陽能電池的Ｊ－Ｖ曲線??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｄｅｎｓｉｔｙ－ｖｏｌｔａｇｅ?ｃｕｒｖ

Ｆｉｇｕｒｅ?１－８?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ＩＱｌ，?ＩＱ２，?ＴＱ１，?ＴＱ２，?ＩＱ４?ａｎｄ?ＩＱ５??Ｇａｏ［Ｍ等人將苯并噻二唑和兩種改性的吡啶并吡嗪吸電子基團(tuán)引入染料分子，??合成三種結(jié)構(gòu)新穎的Ｄ－Ａ－ｊｔ－Ａ型光敏染料Ｂ－８７、Ｑ－８５和Ｑ－９３，如圖１－９所示。??染料Ｑ－８５與Ｂ－８７的最大吸收波長基本一致，而Ｑ－９３相比兩者紅移３０ｎｍ，但摩??爾消光系數(shù)卻明顯降低，其能級間的帶隙值也有所減小。染料Ｂ－８７和Ｑ－８５的光??電轉(zhuǎn)化效率分別為１０．２％和１０％，而Ｑ－９３的效率為８．１７％，這主要是摩爾消光系??數(shù)較低引起的。??，、—?Ａｃｃｅｐｔｏｒ??．４?ｆ?、．．．＼?Ａｎｃｈｏｒ??Ｄｏｎｏｒ?．一?ｎ－ｂｒｉｄｇｅ??ＱＱ?？??＾?ｈｆｉ?ｎ＂?ｉ??Ｎ……?Ｎ—＂??Ｂ－８７?Ｑ－８５?Ｑ－９３??圖１－９染料Ｂ－８７、Ｑ－８５和Ｑ－９３的結(jié)構(gòu)式??Ｆｉｇｕｒｅ?１－９?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?Ｂ－８７，?Ｑ－８５?ａｎｄ?Ｑ－９３??Ｈｕａ［９４］等人以吡咯并吡咯二酮（ＤＰＰ）為輔助受體，設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)Ｄ－Ａ－ｔｉ－??Ａ型光敏染料ＤＰＰ－１和ＤＰＰ－２，如圖１－１０所示。兩個(gè)染料僅有微小的差別，但光??譜吸收范圍卻相差很大
【參考文獻(xiàn)】

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1 韓芳;;我國可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望[J];可再生能源;2010年04期

本文編號：2879448