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咔唑类染料敏化太阳能电池制备研究

作　者: 王忠原
导　师: 薛松
学　校: 天津理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 染料敏化太阳能薄膜咔唑甲酰化噻吩
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

太阳能是一种巨大的无污染能源,太阳能电池材料的研究越来越受到关注。有机染料敏化分子做电池原料不仅减轻了环境的污染问题,同时缓解了资源的浪费问题,采用转化太阳能原理的染料敏化电池能有效的利用可再生资源,有很好的发展前景。本论文以咔唑为原料,与溴乙烷反应,得到乙基咔唑；再在无水DMF和POCl3的条件下,使乙基咔唑甲酰化。接着经过溴化,再纯化产物。该产物与噻吩硼酸偶联,再溴化得到新的产物。此外,以米氏酮为原料,通过还原反应,再在冰浴条件下加亚磷酸三乙酯及碘,反应得到的磷酸酯在溶剂THF下接着与对溴苯甲醛和叔丁化钾反应,再与Bu-Li和B (OCH3)3反应最终得到物质。与咔唑的溴化产物在钯催化剂下偶联反应,接着在乙腈和氯仿中加入氰酸及哌啶,加热回流得到的最终产物。设计合成了4种以N,N-二甲基苯胺单元与咔唑、噻吩共同作为供电子基的双供电体系染料敏化剂。利用红外、质谱、核磁对这些化合物的结构进行了表征,并对其光谱性质、电化学性能及其应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电转换性能方面进行了测试研究。这些染料具有高摩尔消光系数和高的IPCE值(88%),在特定波段对于光的转换有很高的转换效率,这表明电子受体为氰基乙酸的梯度供电染料敏化剂为DSSC的高电子注入效率和电荷分离效率提供了可能性。其中xs13的光电转换效率达到4.0%,但是吸收太阳光范围较窄,需要我们进一步探寻可以延长吸收范围的共轭结构。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第一章文献综述  10-29
  1.1 太阳能电池的研究背景  10-11
  1.2 太阳能电池工作原理  11-12
  1.3 太阳能电池的分类  12-15
    1.3.1 硅太阳能电池  12
    1.3.2 薄膜太阳能电池  12-15
    1.3.3 高能太阳能电池  15
  1.4 染料敏化太阳能电池  15-19
    1.4.1 染料敏化太阳能电池的组成部分  15-16
    1.4.2 染料敏化太阳能电池的工作原理  16-17
    1.4.3 染料敏化太阳能电池的电解质体系  17-18
    1.4.4. 评价太阳能电池的指标  18-19
  1.5 染料太阳能电池敏化剂  19-26
    1.5.1 有机金属配合物染料敏化剂  20-23
    1.5.2 纯有机染料类敏化剂  23-26
  1.6 本论文的选题背景、意义和研究内容  26-29
    1.6.1 选题背景  26-27
    1.6.2 选题意义  27
    1.6.3 选题的主要研究内容  27-29
第二章实验部分  29-50
  2.1 实验仪器与试剂  29-31
    2.1.1 实验仪器  29
    2.1.2 主要实验原料、试剂  29-31
  2.2 目标化合物的制备路线  31-34
  2.3 实验步骤  34-49
    2.3.1 化合物1的制备及结果表征  34
    2.3.2 化合物2的制备及结果表征  34-35
    2.3.3 化合物3的制备及结果表征  35-36
    2.3.4 化合物4的制备及结果表征  36
    2.3.5 化合物5的制备及结果表征  36-37
    2.3.6 化合物6的制备及结果表征  37
    2.3.7 化合物7的制备及结果表征  37-38
    2.3.8 化合物8的制备及结果表征  38-39
    2.3.9 化合物xs10的制备及结果表征  39
    2.3.10 化合物9的制备及结果表征  39-40
    2.3.11 化合物10的制备及结果表征  40-41
    2.3.12 化合物11的制备及结果表征  41-42
    2.3.13 化合物xs11的制备及结果表征  42
    2.3.14 化合物12的制备及结果表征  42-43
    2.3.15 化合物13的制备及结果表征  43-44
    2.3.16 化合物14的制备及结果表征  44-45
    2.3.17 化合物xs12的制备及结果表征  45
    2.3.18 化合物15的制备及结果表征  45-46
    2.3.19 化合物16的制备及结果表征  46-47
    2.3.20 化合物17的制备及结果表征  47
    2.3.21 化合物18的制备及结果表征  47-48
    2.3.22 化合物xs13的制备及结果表征  48-49
  2.4 本章小结  49-50
第三章电池制备、测试与结果讨论  50-56
  3.1 太阳能电池制备  50
    3.1.1 导电玻璃预处理  50
    3.1.2 膜的制备  50
    3.1.3 对电极的制备  50
    3.1.4 电解质的配置  50
    3.1.5 电池的组装  50
  3.2 太阳能电池的测试  50-51
  3.3 DSSC的光电流工作谱测试  51
  3.4 紫外—可见吸收光谱和荧光光谱测试  51
  3.5 测试结果与讨论  51-55
    3.5.1 紫外可见吸收光谱及荧光发射光谱及电化学特性  51-53
    3.5.2 光电流工作谱  53-54
    3.5.3 光电流密度-电压曲线  54-55
  3.6 本章小结  55-56
第四章结论  56-57
参考文献  57-62
发表论文和科研情况说明  62-63
致谢  63

咔唑类染料敏化太阳能电池制备研究

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