本文關(guān)鍵詞：新型苯并咔唑取代卟啉及吩噻嗪光敏劑的合成及其光電性質(zhì)研究

  更多相關(guān)文章： 染料敏化太陽(yáng)能電池 光敏劑 卟啉 吩噻嗪 光電轉(zhuǎn)換效率

【摘要】：21世紀(jì),能源與環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)面臨的緊迫問(wèn)題。開(kāi)發(fā)利用新型清潔可再生能源成為解決目前能源、環(huán)境以及人類可持續(xù)發(fā)展等問(wèn)題的重要突破口。染料敏化太陽(yáng)能電池因其制作工藝簡(jiǎn)單,環(huán)境友好,制作成本低廉等優(yōu)點(diǎn),成為目前太陽(yáng)能利用的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。光敏劑在染料敏化太陽(yáng)能電池中起到了非常關(guān)鍵的作用,通過(guò)對(duì)有機(jī)分子的不同修飾以及結(jié)構(gòu)的改變可以獲得不同的光電特性。我們知道有機(jī)染料分子具有吸光范圍寬,摩爾吸光系數(shù)高,成本低廉,合成步驟簡(jiǎn)單和易于進(jìn)行修飾等優(yōu)點(diǎn),使有機(jī)光敏劑的大規(guī)模開(kāi)發(fā)應(yīng)用成為可能。在有機(jī)光敏劑中,具有給體單元-橋聯(lián)基團(tuán)-受體單元(D π A)結(jié)構(gòu)的化合物是一類非常高效、通用型的光敏劑分子。這種D π A結(jié)構(gòu)有機(jī)光敏劑分子因其高效的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移特性,而具有獲得較高的光電轉(zhuǎn)換效率的潛能。富電子的橋聯(lián)基團(tuán),通常具有可以有效的促進(jìn)分子內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程,拓寬染料分子的光譜響應(yīng)范圍。本文主要設(shè)計(jì)合成了兩大類7種分別基于卟啉以及吩噻嗪骨架的新型有機(jī)光敏劑,并成功的將其應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池中。本文首先設(shè)計(jì)合成了4種卟啉光敏劑分子(GHH01 04),并在其結(jié)構(gòu)中分別引入苯基,4-乙炔基苯基,苯并噻二唑等橋連單元以及在給體單元苯并咔唑與卟啉之間引入乙炔基等基團(tuán),以探索結(jié)構(gòu)改變,對(duì)其光電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)延長(zhǎng)共軛體系的長(zhǎng)度,可以有效地拓寬光敏劑分子在可見(jiàn)光區(qū)的吸光范圍,進(jìn)而提升光敏劑分子的短路電流密度。其中GHH03獲得了最好的的光電轉(zhuǎn)換效率(6.69%),當(dāng)與小分子JY23共敏化時(shí)獲得了8.41%的光電轉(zhuǎn)換效率。其次,本文設(shè)計(jì)合成了3種基于寡聚噻吩橋連的D π A型吩噻嗪有機(jī)染料分子(GHH05 07)。在其結(jié)構(gòu)中分別采用吩噻嗪為給體單元,寡聚噻吩為橋聯(lián)基團(tuán),氰基丙烯酸為受體單元,系統(tǒng)研究了長(zhǎng)烷基鏈以及次級(jí)給電子單元對(duì)光敏劑分子光電性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)在寡聚噻吩中引入兩個(gè)正辛烷的時(shí)候,可以有效地抑制染料分子的在二氧化鈦薄膜表面的自聚集,從而提高其開(kāi)路電壓。同時(shí),當(dāng)在吩噻嗪?jiǎn)卧氪渭?jí)給體單元4-丁氧基苯基時(shí)可以有效提高染料分子的短路電流密度,從而提升其光電轉(zhuǎn)換效率。其中GHH07獲得了最好的光電轉(zhuǎn)換效率(7.48%)。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 光敏劑 卟啉 吩噻嗪 光電轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：南開(kāi)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM914.4;TQ610.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-42
• 第一節(jié) 染料敏化太陽(yáng)能電池概述10-29
• 1.1.1 染料敏化太陽(yáng)能的結(jié)構(gòu)及工作原理10-11
• 1.1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)11-12
• 1.1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的制作過(guò)程12-14
• 1.1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池的光敏劑14-29
• 第二節(jié) DSSC的材料29-33
• 1.2.1 光陽(yáng)極材料29-30
• 1.2.2 對(duì)電極材料30-31
• 1.2.3 DSSC中的氧化還原電解質(zhì)31-33
• 第三節(jié) 立題思路33-36
• 參考文獻(xiàn)36-42
• 第二章 新型卟啉類光敏劑的設(shè)計(jì)合成及其在DSSC中的應(yīng)用42-83
• 第一節(jié) 引言42-43
• 第二節(jié) 結(jié)果與討論43-60
• 2.2.1 目標(biāo)化合物的合成與討論43-46
• 2.2.2 光敏劑的紫外可見(jiàn)吸收光譜46-48
• 2.2.3 光敏劑的循環(huán)伏安測(cè)試48-51
• 2.2.4 光敏劑的密度泛函理論計(jì)算51-52
• 2.2.5 光敏劑的光電轉(zhuǎn)換效率測(cè)試52-58
• 2.2.6 光敏劑的吸附量測(cè)試58-60
• 第三節(jié) 本章小結(jié)60-61
• 第四節(jié) 實(shí)驗(yàn)部分61-81
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)試劑61
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)儀器61
• 2.4.3 DSSC的制備及測(cè)試61-62
• 2.4.4 相關(guān)化合物的合成62-81
• 參考文獻(xiàn)81-83
• 第三章 新型吩噻嗪光敏劑的設(shè)計(jì)合成及其在DSSC中的應(yīng)用83-106
• 第一節(jié) 引言83-84
• 第二節(jié) 結(jié)果與討論84-95
• 3.2.1 目標(biāo)化合物的合成與討論84-85
• 3.2.2 光敏劑的紫外可見(jiàn)吸收光譜85-87
• 3.2.3 光敏劑的循環(huán)伏安測(cè)試87-89
• 3.2.4 光敏劑的DFT理論計(jì)算89-90
• 3.2.5 光敏劑的光電轉(zhuǎn)換效率測(cè)試90-93
• 3.2.6 光敏劑的吸附量測(cè)試測(cè)試93-95
• 第三節(jié) 本章小結(jié)95
• 第四節(jié) 實(shí)驗(yàn)部分95-104
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器95-96
• 3.4.2 DSSC的制備及測(cè)試96
• 3.4.3 相關(guān)化合物的合成96-104
• 參考文獻(xiàn)104-106
• 第四章 總結(jié)與展望106-108
• 附錄 論文中重要化合物的核磁和質(zhì)譜譜圖108-132
• 致謝132-133
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果133

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