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三苯胺类染料及钴配合物的合成与性能研究

作　者: 贾江南
导　师: 薛松
学　校: 天津理工大学
专　业: 药物化学
关键词: 敏化染料 共轭桥 三苯胺 电解质配体 光伏性能
分类号: R914
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着社会的发展和进步,能源需求量也越来越大。由于对传统能源的过度开采和资源浪费,能源危机已经制约着现代世界经济的发展。太阳能是绿色能源且安全,无污染。太阳能电池(Solar cells)是一种把光能转换成电能的光学器件。染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells, DSSC)因其价格低、制备快速、使用寿命长等特点,受到科学家的重视,已经得到了广泛的应用,它是目前比较新颖的太阳能电池。本论文通过以三苯胺为起始原料,经N-溴代丁二酰亚胺(NBS)溴化以后,铃木(Suzuki)偶联反应,施蒂勒(Stille)偶联反应,维斯梅尔(Vilsmeier)反应,以及克脑文格尔(Knoevenagel)缩合等反应,合成了二种以氰基乙酸为电子受体的敏化染料(XS51-52),染料是以三苯胺为第一供电基团,己氧基苯为第二供电基团,以噻吩和环氧噻吩(EDOT)为π共轭桥结构。合成了以2,2’-联吡啶(bpy)、邻菲罗啉(phen)与毗唑(pz)相连的钴电解质配体,对两种染料和两种电解质配体以及它们的中间体进行了氢谱和碳谱等表征。将合成的染料和电解质应用到染料敏化太阳能电池中,对其光学性能、电化学性能和光伏性能进行了细致的研究。染料XS51和XS52在300nm-500nm之间有两个吸收峰,其荧光发射光谱在600nm左右。通过对染料的电化学性能测试,均符合二氧化钛能级。基于染料XS51和XS52的染料敏化太阳能电池的光伏性能研究,结果表明,在相同的电解质下,EDOT作为共轭桥的染料XS51的短路电流密度和开路电压均比EDOT-联噻吩的染料XS52要高,这可能是由于两者共轭的噻吩环扭转角度不同的缘故。2,2’-联吡啶-吡唑(bpy-pz)合成的钴电解质开路电压达至(?)853mV,但短路电流不高,这可能跟电解质的能级有关。在以邻菲罗啉为配体的钴电解质下,染料XS51的光电转换效率达到了4.34%；短路电流密度(Jsc)为7.55mA cm-2,开路电压(Voc)为833mV,填充因子(ff)为0.67。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
引言  8-9
第一章 文献综述  9-23
  1.1 染料敏化太阳能电池的研究背景及其发展  9
  1.2 染料敏化太阳能电池  9-11
    1.2.1 基本结构  9-10
    1.2.2 工作原理  10-11
  1.3 染料敏化太阳能(DSSc)电池性能的主要指标  11-12
  1.4 DSSc的敏化染料  12-18
    1.4.1 光敏染料的特点  12
    1.4.2 金属配合物类光敏染料  12-14
    1.4.3 纯有机光敏染料  14-18
  1.5 纳米晶TiO_2  18
  1.6 电解质  18-21
    1.6.1 液态电解质  18
    1.6.2 准固态电解质  18-19
    1.6.3 固态电解质  19-20
    1.6.4 联吡啶类钴电解质  20-21
  1.7 对电极  21
  1.8 本论文研究的内容  21-23
第二章 染料及电解质配体的合成及表征  23-41
  2.1 试剂、原料与仪器  23-25
  2.2 试剂的纯化  25
  2.3 目标化合物的合成  25-40
    2.3.1 合成路线  25-29
    2.3.2 染料中间体的合成及表征  29-36
    2.3.3 电解质配体的合成及表征  36-38
    2.3.4 钻电解质合成及表征  38-40
  2.4 本章小结  40-41
第三章 DSSC的制备、测试与染料的性质测试及其结果与讨论  41-52
  3.1 DSSC的制备、测试方法  41-43
    3.1.1 电池的制备  41-42
    3.1.2 DSSC的测试方法  42-43
  3.2 染料的光学、电化学性质测试方法  43-44
  3.3 结果与讨论  44-51
    3.3.1 染料的光谱学特性  44-45
    3.3.2 染料的电化学特性  45-47
    3.3.3 染料敏化太阳能电池的光伏性能测试  47-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章 结论  52-53
参考文献  53-57
发表论文和科研情况说明  57-58
致谢  58

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中图分类: > 医药、卫生 > 药学 > 药物基础科学 > 药物化学
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