含梯度供电基的染料合成及其光伏性能研究

【摘要】：太阳能是一种取之不尽,用之不竭的绿色能源。据统计,全世界一年所消耗的能源总量仅相当于太阳光照射地球45分钟的能量,而且太阳能的使用不会破坏地球热平衡,有利于生态环境的保护。太阳能电池(Solar cells)是一种能量转换的光电器件,其由太阳光照射后,把光能转换成电能。近年来,基于纳米技术发展起来的染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells,DSSC),以其低廉的成本、简单的制备工艺、较高的理论转换效率等优势日益受到人们的重视,该电池已被誉为最有应用前景的太阳能电池之一。 本文以三苯胺为起始原料,经NBS溴化,Suzuki偶联反应,Stille偶联反应,Vilsmeier-Haack反应,wittig反应,以及Knoevenagel缩合反应等,合成了六种以N,N-二甲基苯胺或丁氧基苯为第二供电基团,三苯胺为第一供电基团,噻吩、烯键噻吩、环氧噻吩(EDOT)为π共轭桥(或无共轭桥),氰基乙酸为电子受体的敏化染料(XS19~24),并对六种目标化合物以及未见文献报道的中间体化合物进行了熔点、红外、氢谱、碳谱和质谱等表征。将其中的三种染料XS19~21应用到敏化太阳能电池中,对其光学性能、电化学性能和光伏性能进行了细致的研究,对这三种染料的能级轨道进行了量化计算,研究了其电子云的分布以及跃迁情况。 染料XS19~21在300nm~500nm之间均有两个特征吸收峰,在600nm左右有明显的荧光发射光谱。三种染料的电化学性能测试显示,它们的能级与二氧化钛能级相匹配,均符合作为敏化剂所需要的条件。通过对基于染料XS19~21的DSSC的光伏性能的研究得出,丁氧基苯作为第二供电基团比N,N-二甲基苯胺的效果要好,这可能是由于前者的供电能力比后者强的缘故。染料XS21的总光电转换效率达到了5.79%;短路电流密度(Jsc)为10.00 mA cm~(-2),开路电压(Voc)为782 mV,填充因子ff为0.74。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 敏化染料 梯度供电基 三芳胺 光伏性能
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 引言8-9
• 第一章 文献综述9-25
• 1.1 太阳能概述9
• 1.2 太阳能电池的发展和分类9-10
• 1.3 染料敏化太阳能电池（DSSC）10-13
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池(DSSC)的基本结构及其工作原理10-12
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池(DSSC)的评价参数12-13
• 1.4 DSSC 中的染料敏化剂13-21
• 1.5 纳米多孔半导体薄膜-纳米晶半导体多孔电极21-22
• 1.6 电解质22-23
• 1.6.1 液态电解质22
• 1.6.2 准固态电解质22-23
• 1.6.3 全固态电解质23
• 1.7 对电极23
• 1.8 本论文研究的内容23-25
• 第二章 染料的合成及表征25-44
• 2.1 原料、试剂与仪器、设备25-27
• 2.2 试剂的纯化27
• 2.3 目标化合物的合成27-43
• 2.3.1 合成路线27-31
• 2.3.2 中间体的合成及表征31-39
• 2.3.3 目标产物的合成及表征39-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 DSSC 的制备、测试与染料的性质测试及其结果与讨论44-58
• 3.1 DSSC 的制备、测试方法44-47
• 3.1.1 太阳能电池的制备44-45
• 3.1.2 DSSC 的测试方法45-47
• 3.2 染料的光学、电化学性质测试方法及密度泛函理论计算47-48
• 3.3 结果与讨论48-57
• 3.3.1 染料的光谱学特性48-50
• 3.3.2 染料的密度泛函量化计算50-51
• 3.3.3 染料的电化学特性51-52
• 3.3.4 染料敏化太阳能电池的光伏性能测试52-54
• 3.3.5 染料分子的构效关系讨论54-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 结论58-59
• 参考文献59-63
• 发表论文和科研情况说明63-64
• 致谢64-65

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