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含梯度供电基的染料合成及其光伏性能研究

作　者: 徐英军
导　师: 刘秀杰；薛松
学　校: 天津理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 染料敏化太阳能电池敏化染料梯度供电基三芳胺光伏性能
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

太阳能是一种取之不尽,用之不竭的绿色能源。据统计,全世界一年所消耗的能源总量仅相当于太阳光照射地球45分钟的能量,而且太阳能的使用不会破坏地球热平衡,有利于生态环境的保护。太阳能电池（Solar cells）是一种能量转换的光电器件,其由太阳光照射后,把光能转换成电能。近年来,基于纳米技术发展起来的染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells,DSSC）,以其低廉的成本、简单的制备工艺、较高的理论转换效率等优势日益受到人们的重视,该电池已被誉为最有应用前景的太阳能电池之一。本文以三苯胺为起始原料,经NBS溴化,Suzuki偶联反应,Stille偶联反应,Vilsmeier-Haack反应,wittig反应,以及Knoevenagel缩合反应等,合成了六种以N,N-二甲基苯胺或丁氧基苯为第二供电基团,三苯胺为第一供电基团,噻吩、烯键噻吩、环氧噻吩（EDOT）为π共轭桥（或无共轭桥）,氰基乙酸为电子受体的敏化染料（XS19²4）,并对六种目标化合物以及未见文献报道的中间体化合物进行了熔点、红外、氢谱、碳谱和质谱等表征。将其中的三种染料XS19²1应用到敏化太阳能电池中,对其光学性能、电化学性能和光伏性能进行了细致的研究,对这三种染料的能级轨道进行了量化计算,研究了其电子云的分布以及跃迁情况。染料XS19²1在300nm⁵00nm之间均有两个特征吸收峰,在600nm左右有明显的荧光发射光谱。三种染料的电化学性能测试显示,它们的能级与二氧化钛能级相匹配,均符合作为敏化剂所需要的条件。通过对基于染料XS19²1的DSSC的光伏性能的研究得出,丁氧基苯作为第二供电基团比N,N-二甲基苯胺的效果要好,这可能是由于前者的供电能力比后者强的缘故。染料XS21的总光电转换效率达到了5.79%;短路电流密度（Jsc）为10.00 mA cm^-2,开路电压（Voc）为782 mV,填充因子ff为0.74。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
引言  8-9
第一章文献综述  9-25
  1.1 太阳能概述  9
  1.2 太阳能电池的发展和分类  9-10
  1.3 染料敏化太阳能电池（DSSC）  10-13
    1.3.1 染料敏化太阳能电池(DSSC)的基本结构及其工作原理  10-12
    1.3.2 染料敏化太阳能电池(DSSC)的评价参数  12-13
  1.4 DSSC 中的染料敏化剂  13-21
  1.5 纳米多孔半导体薄膜-纳米晶半导体多孔电极  21-22
  1.6 电解质  22-23
    1.6.1 液态电解质  22
    1.6.2 准固态电解质  22-23
    1.6.3 全固态电解质  23
  1.7 对电极  23
  1.8 本论文研究的内容  23-25
第二章染料的合成及表征  25-44
  2.1 原料、试剂与仪器、设备  25-27
  2.2 试剂的纯化  27
  2.3 目标化合物的合成  27-43
    2.3.1 合成路线  27-31
    2.3.2 中间体的合成及表征  31-39
    2.3.3 目标产物的合成及表征  39-43
  2.4 本章小结  43-44
第三章 DSSC 的制备、测试与染料的性质测试及其结果与讨论  44-58
  3.1 DSSC 的制备、测试方法  44-47
    3.1.1 太阳能电池的制备  44-45
    3.1.2 DSSC 的测试方法  45-47
  3.2 染料的光学、电化学性质测试方法及密度泛函理论计算  47-48
  3.3 结果与讨论  48-57
    3.3.1 染料的光谱学特性  48-50
    3.3.2 染料的密度泛函量化计算  50-51
    3.3.3 染料的电化学特性  51-52
    3.3.4 染料敏化太阳能电池的光伏性能测试  52-54
    3.3.5 染料分子的构效关系讨论  54-57
  3.4 本章小结  57-58
第四章结论  58-59
参考文献  59-63
发表论文和科研情况说明  63-64
致谢  64-65

含梯度供电基的染料合成及其光伏性能研究

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