含钌光敏染料的合成、表征及其在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】： 进入21世纪以来,人们对电源提出了越来越高的要求。太阳能电池作为一种新能源,由于具有广泛性、清洁性、安全性等优点,因而被大家视为最理想的电池。但是由于成本高和效率低等因素大大限制了太阳能电池作为普通电源代替现有电池,有待进一步的研究和探索。 本论文从联吡啶钌的思想出发,考虑用结构相似且共轭程度更好的1,10-菲啰啉为原料,合成了4个含钌的光敏染料(L1、L2、L3、L_中),其中L1、L2、L3中含有羧基。因为钌化合物由于其具有稳定的氧化态和激发态,是理想的太阳能电池材料,而且羧基在最常用的基底材料纳米TiO_2上吸附效果最好。本论文还对其进行了IR、H-NMR、紫外吸收光谱的表征,证明了其纯度且其光谱响应范围达到可见光区。通过循环伏安曲线的测试,证明其存在变价金属,并且有很好的可逆性,达到电池循环性的要求。此外本论文还采用溶胶—凝胶法和低热固相合成法,分别合成了纳米TiO_2和纳米ZnO及其掺锰1%的纳米ZnO作为染料敏化太阳能电池的基底材料,并对对染料的光电性质做了初步的研究。实验结果表明: 1.以纳米TiO_2为基底材料,L1、L2、L3有一定的光电转换效率,这是由于这三个染料里含有羧基,易于吸附在纳米TiO_2表面;而L_中则光电转换效率几乎为零,这是由于染料里不含羧基,几乎不能吸附在纳米TiO_2表面。 2.以纳米ZnO为基底材料,L1、L2、L3的光电转换效率几乎为零,这可能是由于其几乎不能吸附在纳米ZnO表面;而L_中有一定的光电转换效率,这是由于其易于吸附在纳米ZnO表面。 3.以掺锰1%的纳米ZnO为基底材料,L_中的光电转换效率高于纯的纳米ZnO,证明通过改善纳米ZnO的组成可能提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。 【关键词】：染料敏化 纳米TiO_2 纳米ZnO 太阳能电池 光电效率
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 前言8-27
• 1.1 太阳能电池简介9-11
• 1.1.1 太阳能电池原理9
• 1.1.2 太阳能电池的分类9-11
• 1.1.3 太阳能电池的发展趋势11
• 1.2 染料敏化太阳能电池11-20
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池简介11-12
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的结构工作原理12
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池的工作原理12-13
• 1.2.4 染料敏化太阳电池的制作过程13-14
• 1.2.5 影响染料敏化TiO_2纳米晶太阳能电池(DYSC)太阳能电池转换效率的因素14-20
• 1.3 有机太阳能电池20-21
• 1.3.1 有机小分子化合物20
• 1.3.2 有机大分子化合物20
• 1.3.3 D-A二元体系20-21
• 1.3.4 模拟叶绿素分子结构材料21
• 1.3.5 有机无机杂化体系21
• 1.4 本论文的主要工作21-22
• 参考文献22-27
• 第二章 实验原理和方法27-42
• 2.1 实验试剂与仪器27-28
• 2.1.1 实验试剂27-28
• 2.1.2 实验仪器28
• 2.2 含钌化合物的合成28-34
• 2.2.1 染料1的合成(L1)28-30
• 2.2.2 染料2的合成(L2)30-31
• 2.2.3 染料3的合成(L3)31-33
• 2.2.4 溶胶-凝胶法合成纳米TiO_233
• 2.2.5 低热固相合成纳米ZnO及其参锰化合物的制备33-34
• 2.3 产物的表征34-40
• 2.3.1 红外光谱测试34
• 2.3.2 核磁共振测试34-35
• 2.3.3 紫外—可见光谱测试35
• 2.3.4 循环伏安测试35-36
• 2.3.5 光电性质测试36-40
• 参考文献40-42
• 第三章 结果与讨论42-71
• 3.1 染料的红外表征42-44
• 3.1.1 L1的红外表征42
• 3.1.2 L2的红外表征42-43
• 3.1.3 L3的红外表征43-44
• 3.1.4 L_中的红外表征44
• 3.2 染料的核磁表征44-48
• 3.2.1 L1的核磁表征44-46
• 3.2.2 L2的核磁表征46-48
• 3.2.3 L3的核磁表征48
• 3.3 染料的元素分析48
• 3.4 染料的紫外表征48-52
• 3.4.1 L1的紫外表征49
• 3.4.2 L2的紫外表征49-50
• 3.4.3 L3的紫外表征50-51
• 3.4.4 L_中的紫外表征51
• 3.4.5 紫外表征的小结51-52
• 3.5 染料的循环伏安表征52-58
• 3.5.1 L1的循环伏安表征52-54
• 3.5.2 L2的循环伏安表征54-55
• 3.5.3 L3的循环伏安表征55-57
• 3.5.4 L_中的循环伏安表征57-58
• 3.5.5 循环伏安表征小结58
• 3.6 染料的光电性质表征58-69
• 3.6.1 染料在纳米二氧化钛薄膜电极上的光电性质58-63
• 3.6.2 染料在纳米氧化锌薄膜电极上的光电性质63-67
• 3.6.3 结果讨论67-69
• 参考文献69-71
• 第四章 结论71-72
• 攻读硕士学位已发表和待发表的工作72-73
• 致谢73

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