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新型有机染料的设计、合成及其在染料敏化太阳能电池的应用研究

作　者: 曾望东
导　师: 潘春跃；王鹏
学　校: 中南大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 太阳能电池 染料敏化 纳米晶体 有机染料 π共轭系统
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


染料敏化纳米晶体太阳能电池(DSSC)是一种非常有前途的第三代太阳能电池。自20世纪90年代以来,通过近20年的研究,DSSC的性能已经有了大幅的提高。目前,性能最好的是由钌染料组装的器件,其最高的效率已经达到11.0-11.3%。但是由于钌元素在地壳中含量较低并且具有重金属毒性,而非金属的有机染料由于具有成本低、分子剪裁容易及摩尔消光系数高等优点,在近些年受到各研究者的关注。我们组通过对一些给体-π共轭系统-受体(D-π-A)结构有机染料的研究,发现二己氧基取代的三苯胺可以作为比较好的染料分子的给体,因此我们以此三苯胺为给体单元、氰基丙烯酸为受体单元,通过引入不同的π共轭单元制备了一系列有机D-π-A染料,通过量子计算、瞬态光电衰减技术及电阻抗分析等手段研究不同π共轭系统对染料的光吸收、能级、光电流、光电压等性能的影响。主要内容如下：(1)我们合成了分别以3,4-乙烯二氧基噻吩(EDOT),3,3’双己基硅-2,2’双噻吩(DTS)的偶联产物这一二元的杂环体系的为π共轭单元的有机染料C219,对染料在溶剂中的紫外-可见吸收及发射光谱以及电化学能级进行了测定,染料在氯仿中的最大吸收位于584nm,该波长处的摩尔消光系数为56.5×103M-1cm-1,吸收波长最宽达到750nm,为宽光谱有机染料。循环伏安法测定了染料在DMF中的电化学能级,其HOMO为-4.96eV,LUMO为-3.46eV,带隙1.72Ev,光电流谱的宽度最宽处达到800nm,接近钌染料的水平。在AM1.5G,100mW/cm2下,以乙腈为溶剂的电池能量转化效率达到了10.0-10.3%。(2)本文一步合成以3,4-环己烷二氧基噻吩(DOT)与3,3’双己基硅-2,2’双噻吩,3,4-乙烯二氧基噻吩(EDOT)与联噻吩,三并噻吩,3,3’双-甲基硅-2,2’双噻吩,双噻吩环戊二烯烃的偶联产物这些二元的杂环体系π共轭单元的有机染料。通过这些染料的器件表征来探索因为π共轭单元的不同影响到染料的效率的原因,从而为进一步的探索提供证明和支撑。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 前言  8-22
  1.1 引言  8-9
  1.2 DSSC概述  9-14
    1.2.1 DSSC的基本结构组成和工作原理  9-11
    1.2.2 有关DSSC的性能表征参数  11-14
  1.3 染料敏化剂研究现状  14-20
    1.3.1 多吡啶钌配合物染料敏化剂  14-16
    1.3.2 有机染料敏化剂  16-20
  1.4 论文研究内容及意义  20-22
第二章 含EDOT-DTS单元有机染料的合成及其DSSC性能研究  22-39
  2.1 引言  22
  2.2 合成实验部分  22-30
    2.2.1 合成路线设计  22-24
    2.2.2 试剂及仪器  24-25
    2.2.3 实验过程  25-29
    2.2.4 合成结果及讨论  29-30
  2.3 光谱及电化学性质  30-38
    2.3.1 染料C219的光化学表征及能级  30-33
    2.3.2 基于乙腈电解质的C219器件的性质  33-34
    2.3.3 光电转化性能  34-35
    2.3.4 基于离子液电解质电池的稳定性  35-36
    2.3.5 染料DSSC器件的变温特性  36-38
    2.3.6 离子液体电解质的研究  38
  2.4 本章小结  38-39
第三章 以联噻吩及其衍生物为π单元的有机染料及DSSC性能研究  39-49
  3.1 引言  39
  3.2 合成实验部分  39-46
    3.2.1 合成路线设计  39-41
    3.2.2 仪器及试剂  41-42
    3.2.3 实验过程  42-46
    3.2.4 合成结果及讨论  46
  3.3 染料的光谱特性  46-47
  3.4 DSSC器件的光电特性  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章 D单元和π单元修饰改进的有机染料的合成  49-60
  4.1 引言  49-50
  4.2 合成实验部分  50-58
    4.2.1 合成路线设计  50-52
    4.2.2 仪器及试剂  52-54
    4.2.3 合成过程  54-58
  4.3 本章小结  58-60
第五章 总结与展望  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
攻读学位期间的研究成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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