高效卟啉染料的设计、合成及介观太阳能电池研究

【摘要】：由于制备工艺简单、原材料价格低廉,并能制备成柔性器件和彩色透明器件等特点,染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSCs)一直被视为第三代太阳能电池中最具应用前景的光电转换技术之一。目前实验室测试DSCs的最高光电转换效率已达到13%。染料作为DSCs中的光捕获部分,在光电转换过程中承担决定性作用。卟啉具有结构多样、光捕获范围宽、光电性质稳定等特性,因此是DSCs最有潜力的高效、低成本染料之一。本文选用卟啉作为骨架结构,设计合成了一系列高效卟啉染料,系统研究了在给体-受体结构下,卟啉的结构与其光电化学性质的关系,为高效、低成本的卟啉敏化剂的设计与合成提供依据。主要开展了如下几方面研究工作： 以卟啉为骨架结构,设计合成具有不同受体共轭基团的卟啉染料LW1-LW4。其中以噻吩或3,4-乙烯二氧噻吩为受体共轭基,氰基乙酸为吸附基团的染料LW2与LW3,其光捕获范围拓宽至850nm,而具有刚性共轭结构的LW4获得了9.53%的光电转换效率,高于参比染料LD14的9.01%； 以卟啉为骨架结构,用噻吩延长受体共轭基长度,设计合成了两种卟啉染料LW5-LW6。研究了共轭长度对染料激发态电子注入效率、氧化态染料还原速率的影响。其中LW5染料与钴配合物电解质作用下,获得7.75%的光电转效率； 以卟啉为骨架结构,研究连苯,连噻吩,或熔融噻吩作为受体共轭基团时卟啉染料光电化学性质的变化。其中以熔融噻吩作为受体共轭基团的LW9染料,其光捕获范围拓宽到850nm,并在卟啉特征吸收带B带520nm出现肩峰,填补了卟啉染料B带和Q带之间的吸收空隙。以新型钴络合物作为电解质,其DSCs获得6.50%的光电转换效率； 以卟啉为骨架结构,设计合成两种吡啶吸附基团的卟啉染料LW11-LW12及一种双羧基卟啉染料LW13。其中LW11染料的DSCs的光电转换效率达到3.96%,为当时非质子染料的最高DSCs效率； 以卟啉为骨架结构,设计合成三种具有不同卟啉支链结构的染料LW14-LW16。其中以己基噻吩作为卟啉环支链的染料LW16的DSCs获得最高电池转换效率8.50%； 以炔基芘共轭的卟啉为骨架结构,设计合成了三种具有不同受体共轭基团的卟啉染料LW17-LW19。其中以噻吩为受体共轭基的LW18染料的DSCs获得最高效率8.74%。 【关键词】：给体-受体 卟啉 染料 光捕获 近红外吸收染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-13
• 1 绪论13-35
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 染料敏化太阳能电池的优势14-18
• 1.3 染料敏化太阳能电池的基本原理18-20
• 1.4 染料敏化太阳能电池的发展20-27
• 1.5 卟啉及卟啉染料的发展27-33
• 1.6 论文的研究思路和工作内容33-35
• 2 卟啉中受体共轭基团的改性及其光伏应用35-60
• 2.1 引言35-37
• 2.2 实验部分37-49
• 2.3 LW1-LW4的光谱及电化学性质49-53
• 2.4 LW1-LW4的密度泛函计算53-54
• 2.5 基于LW1-LW4的染料敏化太阳能电池的光伏性能54-56
• 2.6 LW1-LW4的电子注入56-57
• 2.7 基于LW1-LW4的染料敏化太阳能电池的界面研究57-59
• 2.8 本章小结59-60
• 3 受体共轭基团延长的卟啉及其光伏应用60-78
• 3.1 引言60-61
• 3.2 实验部分61-67
• 3.3 LW5-LW6的光谱与电化学性质67-70
• 3.4 LW5-LW6的密度泛函模拟计算70-71
• 3.5 基于LW5-LW6的染料敏化太阳能电池的光伏性能71-73
• 3.6 LW5-LW6的动力学研究73-75
• 3.7 基于LW5-LW6的染料敏化太阳能电池的界面研究75-76
• 3.8 本章小结76-78
• 4 D-π-D-A结构的卟啉染料及其光伏应用78-96
• 4.1 引言78-80
• 4.2 实验部分80-85
• 4.3 LW7-LW9的光谱及电化学性能85-88
• 4.4 LW7-LW9的密度泛函模拟计算88-90
• 4.5 基于LW7-W9的染料敏化太阳能电池的性能90-91
• 4.6 LW7-LW9的动力学研究91-93
• 4.7 基于LW7-LW9的染料敏化太阳能电池的界面研究93-94
• 4.8 本章小结94-96
• 5 以吡啶为吸附基团的卟啉的设计合成及其光伏应用96-110
• 5.1 引言96-97
• 5.2 实验部分97-101
• 5.3 LW11-LW13的光谱与电化学性质101-104
• 5.4 基于LW11-LW13的染料敏化太阳能电池的性能104-106
• 5.5 LW11-LW13的动力学研究106-107
• 5.6 基于LW11-13的染料敏化太阳能电池的界面研究107-108
• 5.7 本章小结108-110
• 6 支链对卟啉染料的影响及其光伏应用110-125
• 6.1 引言110-112
• 6.2 实验部分112-115
• 6.3 LW14-LW16的光谱与电化学性质115-119
• 6.4 LW14-LW16的密度泛函模拟计算119-120
• 6.5 基于LW14-LW16的染料敏化太阳能电池的性能120-121
• 6.6 LW14-LW16的动力学研究121-122
• 6.7 基于LW14-LW16染料敏化太阳能电池的界面研究122-123
• 6.8 本章小结123-125
• 7 电子受体对芘共轭的卟啉的光电性能的影响125-138
• 7.1 引言125-126
• 7.2 实验部分126-129
• 7.3 LW17-LW19的光谱及电化学性能129-132
• 7.4 LW17-LW19的密度泛函模拟计算132-134
• 7.5 LW17-LW19的染料敏化太阳能电池的性能134-135
• 7.6 LW17-LW19的动力学研究135-136
• 7.7 基于LW17-LW19的染料敏化太阳能电池的界面研究136-137
• 7.8 本章小结137-138
• 8 结论与展望138-142
• 8.1 全文研究内容总结138-139
• 8.2 主要创新点139-140
• 8.3 研究展望140-142
• 致谢142-143
• 参考文献143-163
• 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录163-164

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

生物荧光标记菁染料的研究进展    高志宇,刘燕刚,陈妍

萘系偶氮型通用染料结构与染色性能之间关系    张伟;赵德丰;

均四嗪型负二向性液晶染料的研究    孙喜成,任国度

光稳定剂在提高染料光牢度中的应用    马威;姜雪;唐炳涛;张淑芬;

偏光片中的染料剖析    黄晓红;赵宏洋;王晓丰;

2-氨基-3-氰基-4-氯-5-醛基噻吩类分散染料研究    简卫,程侣柏,尚明

辐射技术用于染料废水的脱色与降解    宋鹏程;陆书玉;罗丽娟;

耐晒1∶2铬络合交联染料合成与应用    周雷云;唐炳涛;张淑芬;

表面活性剂中水溶性吲哚方酸菁染料的光谱性能    宋波;张茜;马文辉;彭孝军;

    

不对称吲哚单菁染料的绿色合成    李春兰;王兰英;吴伟;王少康;张祖训;

染料化合物公开充分问题的探讨    金英;沙柯;黄姗;王险;

染料的结构活性、染色性与环保    武达机;

两种菁染料体系中盐效应核磁共振研究    向俊锋;唐亚林;陈次平;闫文鹏;周本茂;徐广智;

偏光片中的染料剖析    黄晓红;赵宏洋;王晓丰;

清洁生产中的助剂和染料选择    武达机;

专为造纸业设计的染料——阳离子直接染料    黄菊洪;

新染料让节能减排更轻松    本报记者 陆慕寒

荣泰染化开发染料新品种    冉华文

国产喷绘墨水大胜“洋”产品    王秀兰

多N-羟甲基染料的合成及应用研究    赵虹娟

高效卟啉染料的设计、合成及介观太阳能电池研究    鲁建峰

吲哚类方酸菁染料、半菁染料的合成与应用研究    王炳帅

水溶性吲哚方酸菁染料的合成及性能研究    宋波

新型3H吲哚荧光菁染料的合成与性能研究    陈秀英

噻唑橙类不对称菁染料的合成与生物应用    吴彤

氟硼吡咯染料合成方法学及发光性质研究    张大奎

稳定性改善的核酸及线粒体染料的设计合成    张思

基于分子内电荷转移的氟硼荧（BODIPY）等功能分子的合成及应用    汪剑波

新型氧杂蒽类染料的设计与合成及其衍生物对汞离子的识别检测    姚慧蓉

转铁蛋白对菁染料超分子的组装及调控研究    陈蕾

N-羧苄基吲哚方酸菁染料的分离及对蛋白质的标记    廉洁

水性聚氨酯染料（分散蓝G）的合成与研究    孙艳松

近红外氮杂BODIPY染料的设计与合成    史才遵

含苯氧基三嗪的抗紫外辐射分散染料的合成及应用研究    盛学斌

不同结构分散染料微胶囊染色性能研究    李娴

几种对称吲哚方酸双菁染料的合成及性能研究    郭晶丽

若单宁蓝光份菁染料的合成及光谱性质研究    王雪

芳伯胺染料对蚕丝纤维的反应性染色及性能研究    李鑫