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DPP类染料的设计合成及在电池中的应用

作　者: 张芳
导　师: 陈明功
学　校: 安徽理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 染料敏化太阳能电池有机染料 DPP 三苯胺
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSCs)是模拟自然界光合作用原理而构建的一种新型太阳电池。这种电池制备工艺简单,对材料的纯度要求低,被国内外认为是价格低廉的新一代太阳能电池。在染料敏化太阳能电池中,负载在纳米二氧化钛表面的染料分子吸收光子后,激发态电子和空穴分别通过二氧化钛和电介质传输到外电路,构成整个电循环,因而,染料是构成染料敏化太阳电池的重要组成之一。本论文基于吡咯并吡咯二酮(DPP)作为桥基,合成一系列给体-桥基-受体染料,并对这些染料的光化学、电化学及在染料敏化太阳能电池的光电性能进行了表征。DPP是一类具有平面二环共轭结构的缺电子分子,其衍生物具有独特的光学稳定性和热稳定性。作为桥基,缺电子的平面二环共轭结构可有效拓宽给体-受体染料的吸收光谱,增加器件对太阳光的吸收范围和器件的光电流及光电转换效率。另外,DPP的平面二环共轭具有多个活性反应点,便于引入不同基团调节染料的性能。在所制备的给体-桥基-受体染料中,给体是三芳胺类基团,受体是氰基乙酸,受体中羧基便于染料在二氧化钛表面吸附(与二氧化钛表面羟基反应)。主要工作包括一下几个方面：1、设计和合成了以三苯胺和4,4’-二特丁基三苯胺为电子给体,溴己烷取代的DPP为共轭桥基,氰基乙酸为电子受体合成染料S1、S2。2、设计和合成了以4,4’-二特丁基三苯胺和4,4’-二己氧基三苯胺为电子给体,溴己烷取代的DPP为共轭桥基,氰基乙酸为电子受体合成染料R1、R2。3、设计和合成了以4,4’-二特丁基三苯胺和4,4’-二己氧基三苯胺为电子给体,1-溴-2-乙基己烷取代的DPP为共轭桥基,氰基乙酸为电子受体合成染料L1、L2。对上述染料的光物理和光电化学性能进行了表征,对应的染料敏化二氧化钛敏化太阳能电池进行了表征,并对染料结构和性能的关系进行了研究。基于这类DPP染料的电池显示优异的光电转化效率。在一个标准太阳光下(AM1.5,100mW cm-2),基于L2的染料敏化电池的短路电流、开路电压和填充因子分别为16.34mAcm-2、0.75V,0.74,对应的光电转换效率9.1%(AM1.5,100mWcm-2)。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
图目录  13-14
1 文献综述  14-28
  1.1 前言  14-15
  1.2 染料敏化太阳能电池  15-22
    1.2.1 引言  15
    1.2.2 染料敏化太阳能电池的结构  15-16
    1.2.3 染料敏化太阳能电池工作原理  16-18
    1.2.4 纳米晶半导体电极的特点  18-19
    1.2.5 太阳常数和太阳光谱  19-21
    1.2.6 染料敏化太阳能电池的评价参数  21-22
  1.3 染料敏化太阳能电池的研究进展  22-27
    1.3.1 敏化染料  22-27
    1.3.2 电解质  27
  1.4 课题的提出和主要研究内容  27-28
2 基于DPP为共轭桥基染料的合成与表征  28-38
  2.1 引言  28-29
  2.2 实验部分  29-37
    2.2.1 实验仪器与试剂  29-30
    2.2.2 染料中间体的合成路线和步骤  30-33
    2.2.3 染料的合成路线和步骤  33-37
  2.3 本章小结  37-38
3 染料的光学、电化学性质及太阳能电池的光电性能  38-50
  3.1 引言  38
  3.2 染料的紫外可见吸收光谱和发射光谱的测定和研究  38-40
  3.3 染料的电化学性质  40-42
    3.3.1 电化学测试原理  40-41
    3.3.2 染料的基态和激发态氧化还原电位  41-42
  3.4 染料敏化二氧化钛电极制备、电池器件组装及光电性能测试方法  42-46
    3.4.1 染料敏化二氧化钛电极的制备及电池器件的组装  42-43
    3.4.2 光电性能研究  43-46
  3.5 染料的密度泛函理论计算  46-48
  3.6 总结  48-50
参考文献  50-56
附录A 部分染料中间体及染料氢谱图  56-69
附录B 染料高分辨质谱图  69-72
后记或致谢  72-74
作者简介及读研期间主要科研成果  74

DPP类染料的设计合成及在电池中的应用

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