基于三芳基甲烷的有机染料的合成及其光伏性能

【摘要】：在太阳能电池研究领域,染料敏化太阳能电池(DSSC)因其特有的优势而显示出良好的发展前景。染料敏化剂是DSSC的关键材料。鉴于纯有机D-π-A(给体-共轭单元-受体)染料原料丰富易得、结构设计灵活、对环境无污染等特点,本文以新型纯有机染料敏化剂的设计合成为主要目标,首次引入类三苯胺结构的三芳基甲烷作为D单元,设计了新型的基于三芳基甲烷的D-π-A有机染料TTM,对其合成、表征与光电性能进行了系统研究,获得了三芳基甲烷类染料分子结构对其光谱特性和光电转换性能的一些规律性认识。 (1)合成了4个基于三芳基甲烷的有机染料分子TTM-1,TTM-2, TTM-3, TTM-4。对TTM系列染料分子结构与性能关系进行了研究分析。电化学测试结果表明,所合成的4个TTM染料分子拥有与Ti02导带以及电解质中的氧化还原电对匹配的能级。光物理分析表明,它们摩尔吸光系数都比较大,在TTM分子中引入柔性烷基链对其光谱最大吸收峰没有明显影响,而共轭单元的延长可以拓宽吸收光谱。量子化学计算可以得到染料分子D单元与共轭单元的二面角各不相同,角度较小的π电子离域性较好。 (2)4个TTM染料分子的光电转换效率(IPCE)曲线的响应范围与染料分子的紫外可见吸收光谱趋势一致。在分子中引入烷基链所得分子TTM-3,其IPCE值达到34%,而且具有较宽的光响应范围。基于4个TTM-1,TTM-2,TTM-3,TTM-4染料分子的DSSC的功率转换效率分别为0.1%、0.32％、0.56%、0.26%。并对影响功率转换效率的主要原因和提高效率的途径进行了分析讨论。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 纯有机染料 三芳基甲烷 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】：2013
【分类号】：O621.13;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 文献综述9-24
• 1.1 引言9
• 1.2 太阳能电池概况9-11
• 1.3 染料敏化太阳能电池11-15
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的发展11
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池的器件结构和工作原理11-13
• 1.3.3 染料敏化太阳能电池中的基本概念13-15
• 1.4 染料敏化太阳能电池中关键功能材料的研究现状15-22
• 1.4.1 纳米晶多孔半导体薄膜15-16
• 1.4.2 染料光敏剂16-22
• 1.5 论文研究思路和主要研究内容22-24
• 2 基于三芳基甲烷的染料的设计、合成及表征24-39
• 2.1 引言24
• 2.2 染料的合成方法24-28
• 2.2.1 Friedel-Crafts芳基化反应24-25
• 2.2.2 Vilsmeier-Haack反应25
• 2.2.3 Suzuki偶联反应25-26
• 2.2.4 Knoevenagel缩合反应26-28
• 2.3 实验部分28-38
• 2.3.1 实验仪器与试剂28-29
• 2.3.2 染料的合成实验部分29-33
• 2.3.3 合成结果与讨论33-38
• 2.4 本章小结38-39
• 3 基于三芳基甲烷的有机染料的光电性能研究39-52
• 3.1 实验仪器与试剂39
• 3.2 染料敏化太阳能电池的制备与组装39-41
• 3.3 染料的光物理性能测试41-43
• 3.3.1 紫外-可见吸收光谱41-42
• 3.3.2 染料的荧光发射光谱42-43
• 3.4 量子化学计算43-45
• 3.4.1 染料分子的结构优化43-45
• 3.4.2 染料分子的前线轨道和电子云密度45
• 3.5 染料敏化太阳能电池的光电性能研究45-51
• 3.5.1 电化学计算45-48
• 3.5.2 光电转换效率(IPCE)测试48-49
• 3.5.3 j-V曲线测试49-51
• 3.6 小结51-52
• 4 结论与展望52-54
• 参考文献54-61
• 攻读学位期间的研究成果61-62
• 致谢62

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