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新型含吲哚啉纯有机太阳能电池敏化染料的合成与性能研究

作　者: 于晖晖
导　师: 朱为宏；孟宪乐
学　校: 华东理工大学
专　业: 制药工程
关键词: 吲哚啉敏化染料太阳能电池纯有机染料合成
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

人类的生存离不开能源,在人类社会快速发展的今天,对能源的需求量也越来越大,随着不可再生的化石燃料的迅速消耗和由此引起的环保问题的日益严重,新能源的开发和利用已成为全球性的热点问题。太阳能因其具有其他能源不可比拟的优点,成为目前最有希望和发展前景的一种可再生能源。找到一种性能优良的染料敏化剂是有效利用太阳能的一条重要途径。本论文以提高染料的光电转换效率为出发点,以吲哚啉为电子给体,分别对氰基乙酸和3-羧甲基饶丹宁作为电子受体的敏化染料进行了探索,并在传统有机敏化染料的基础上,创新性地引入额外的受体单元苯并噻二唑,设计并合成了D-A-π-A型纯有机太阳能电池敏化染料。通过对两种染料的光电性能研究发现,以氰基乙酸为受体的染料因其较强的吸电子能力增强了分子内ICT过程,从而具有更高的摩尔消光系数,其光电转换效率达到7.5%；而以饶丹宁为受体的染料因具有更多的共轭结构而表现出更大的边带值,但其光电转换效率较低,只有1.08%。经分析认为,氰基乙酸能将电子注入到TiO2内部,而绕丹宁由于在羧基与受体之间存在一个不共轭的亚甲基,仅能将电子注入到TiO2层的表面,从而后者大大降低了电子的传输效率,使电池的效率降低。这说明缩短能级间隙是一把双刃剑,虽然可以增大可见光吸收的边带,减小能级间隙但是达到一个极限后不能使电子有效的注入,从而使电池效率降低。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章前言  10-30
  1.1 引言  10-11
  1.2 染料敏化太阳能电池(DSSCs)的结构及原理  11-14
    1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构  11-12
    1.2.2 工作原理  12-14
  1.3 DSSCs评价主要指标  14-16
    1.3.1 单色光转化效率(IPCE)  14-15
    1.3.2 短路电流-开路电压曲线(Ⅰ-Ⅴ)  15-16
  1.4 二氧化钛纳米晶电极  16-19
    1.4.1 纳米晶多孔膜电极的特点  16-17
    1.4.2 二氧化钛纳米晶的制备及特性  17-18
    1.4.3 二氧化钛多孔膜的物理化学修饰  18-19
  1.5 染料敏化剂  19-27
    1.5.1 染料敏化剂的特点  19-20
    1.5.2 染料敏化剂的研究背景  20-27
  1.6 电解质  27-29
    1.6.1 液态电解质  28
    1.6.2 全固态电解质  28
    1.6.3 准固态电解质  28-29
  1.7 课题的提出  29-30
第2章以氰基乙酸为电子受体纯有机染料的合成与性能研究  30-53
  2.1 引言  30-31
  2.2 实验仪器及试剂  31
  2.3 染料WSI的合成路线  31
  2.4 实验部分  31-36
    2.4.1 4-溴,7-吲哚啉苯并噻二唑的合成  31-32
    2.4.2 2-硼酸三甲酯基-3,4-乙二氧基噻吩的合成  32
    2.4.3 4-(3’,4’-乙二氧基噻吩)-7-吲哚啉苯并噻二唑的合成  32-33
    2.4.4 4-(3’,4’-乙二氧基-5-甲醛基噻吩)-7-吲哚啉苯并噻二唑的合成  33-34
    2.4.5 目标化合物WSI的合成  34
    2.4.6 染料溶液、CDCA溶液及TiCl_4溶液的配制  34-35
    2.4.7 太阳能电池电极的制备及预处理  35
    2.4.8 太阳能电池的组装  35-36
  2.5 结果与讨论  36-52
    2.5.1 目标化合物WSI的合成讨论  36-38
    2.5.2 目标化合物WSI及其中间体结构的表征  38-46
    2.5.3 染料WSI的紫外吸收光谱分析  46-47
    2.5.4 染料WSI的循环伏安测试  47-48
    2.5.5 染料敏化太阳能电池的单色光转换效率(IPCE)  48-49
    2.5.6 基于染料WSI太阳能电池的光伏性能(Ⅰ-Ⅴ)测试  49-50
    2.5.7 基于染料WSI太阳能电池的电化学阻抗(EIS)  50-52
  2.6 本章小结  52-53
第3章以饶丹宁为电子受体纯有机染料的合成与性能研究  53-69
  3.1 引言  53
  3.2 实验仪器和试剂  53
  3.3 合成路线  53-54
  3.4 实验部分  54-57
    3.4.1 4-溴,7-吲哚啉苯并噻二唑的合成  54-55
    3.4.2 化合物all的合成  55
    3.4.3 染料WSII的合成  55-56
    3.4.4 太阳能电池电极的制备  56-57
    3.4.5 太阳能电池的组装  57
  3.5 结果与讨论  57-67
    3.5.1 染料WSII的合成讨论  57
    3.5.2 化合物WSII及其中间体的结构表征  57-61
    3.5.3 染料WSII的紫外吸收光谱分析  61-63
    3.5.4 染料WSII的循环伏安曲线  63-64
    3.5.5 基于染料WSII的太阳能电池单色光转换效率(IPCE)  64-65
    3.5.6 基于染料WSII的太阳能电池光伏性能(Ⅰ-Ⅴ)测试  65-66
    3.5.7 染料WSII的电化学阻抗  66-67
  3.6 本章小结  67-69
第四章结论  69-71
参考文献  71-77
硕士期间已发表文章  77-78
致谢  78

新型含吲哚啉纯有机太阳能电池敏化染料的合成与性能研究

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