基于吩噁嗪的有机染料的合成及其光伏性能

【摘要】：染料敏化太阳能电池由于其具备制作工艺简单,光电转化效率高以及成本低等优势而成为研究热点。作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分,光敏染料对提高电池效率起着决定性的作用。其中,吩嗯嗪单元由于具有良好的光学特性被应用于染料敏化太阳能电池中,本论文以高效稳定的纯有机染料的合成为目标,开发了一系列吩噁嗪类小分子染料,并对其合成、表征、光物理以及电化学特性进行了系统的研究和分析,揭示了染料结构与染料敏化太阳能电池光电性能间的关系。 (1)合成三种基于吩噁嗪单元(POZ)的有机染料。在模型分子RPOZ的基础上,将富电子EDOT单元插入POZ结构与噻吩结构之间,从而获得染料RPOZ-1。在RPOZ的7号位引入烷氧链三苯胺获得D-D-π-A型吩噁嗪染料分子RTPAPOZ。在三苯胺结构与POZ结构间插入EDOT单元,获得D-π-D-π-A型吩噁嗪染料RTPAPOZ-1。 (2)通过紫外可见光谱测试,相对于模型分子RPOZ,发现随着π单元与D单元的引入,RPOZ-1,RTPAPOZ,和RTPAPOZ-1的吸收光谱都有一定程度的红移,其中RPOZ-1吸收光谱发生最大程度的红移。通过理论计算获得优化的分子结构,认为EDOT的引入可以减小分子结构单元间的扭转角,从而增强分子共轭性,三种分子共轭性的强弱顺序为RPOZ-1RTPAPOZ-1RTPAPOZ。 (3)基于四个染料分子的IPCE光电流谱响应曲线与紫外可见吸收光谱变化一致。基于四种染料的DSSC器件测试结果显示,RTPAPOZ-1获得最高的光电转换效率2.73%(Voc=680mV,Jsc=10.18mAcm-2)。RPOZ-1具有较强的短路电流JSC为7.87mAcm-2,但是其开路电压只有600mV。认为增强分子共轭性有利于提高短路电流JSC,而不利于增大开路电压VOC。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 纯有机染料 吩噁嗪 三苯胺 光伏性能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O621.2;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 1 文献综述9-28
• 1.1 引言9
• 1.2 染料敏化太阳能电池9-13
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构9-11
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理11-12
• 1.2.3 染料敏化太阳能的性能参数12-13
• 1.3 染料敏化剂在太阳能电池中的应用13-26
• 1.3.1 金属配合物光敏染料14-18
• 1.3.2 纯有机光敏染料18-26
• 1.4 选题思路及内容26-28
• 2 染料的合成及表征方法28-40
• 2.2 染料的合成及表征28-39
• 2.2.1 染料的合成方法及原理28-31
• 2.2.2 试剂与仪器31-33
• 2.2.3 染料的合成步骤及表征33-37
• 2.2.4 合成结果数据分析37-39
• 2.3 本章小结39-40
• 3 基于吩噁嗪的新型染料分子光伏性能40-52
• 3.1 引言40
• 3.2 电池的组装40-41
• 3.2.1. 电极的活化及敏化40
• 3.2.2 器件封装40-41
• 3.3 性能测试方法41-43
• 3.3.1 紫外可见吸收光谱41
• 3.3.2 稳态荧光光谱41
• 3.3.3 电化学循环伏安测试41-42
• 3.3.4 光电流工作谱测试42
• 3.3.5 电流密度-电压(J-V)特性曲线测试42
• 3.3.6 量子化学计算42-43
• 3.4 结果与讨论43-51
• 3.4.1 光物理和电化学性能43-47
• 3.4.2 理论计算分析47-49
• 3.4.3 器件光伏性能研究49-51
• 3.5 结论51-52
• 4 结论与展望52-54
• 参考文献54-62
• 攻读学位期间的研究成果62-63
• 致谢63

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