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三苯胺类染料分子的设计合成及其光伏性能研究

作　者: 张璐
导　师: 薛松
学　校: 天津理工大学
专　业: 药物化学
关键词: 染料敏化太阳能电池(DSSC) 梯度供电体系染料敏化剂 N，N-二甲基苯胺 三苯胺 总光电转换效率
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


太阳能作为一种取之不尽,用之不竭的绿色能源是解决能源危机的最佳方法之一。近年来,染料敏化太阳能电池由于其可大面积制备和生产的低成本,以及分子水平上的可设计性而受到全世界研究者的关注。染料敏化剂作为DSSC的核心部分,是其获得高光电转换效率的重要因素。本论文设计合成了七种新型的梯度供电染料敏化剂,以N,N-二甲基苯胺单元与三苯胺共同作为供电子基。这类化合物不仅具有双供电基团,还可达到梯度供电子的目的,并且在给出和接收电子过程中表现出很强的空穴迁移特性。而且,双胺基官能团,呈扇形结构,有利于避免分子聚集、结晶,提高器件的稳定性。此外,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。此类化合物大部分都在可见光区尤其是400-550 nm范围内具有很强的吸收,并且有较高高摩尔消光系数,表明了其良好的光捕获能力。通过对染料的电化学性能测试,染料ZL-1～7的基态和激发态氧化还原电位同时符合染料激发态电子注入TiO2导带和染料还原再生的热力学要求。将染料制备成DSSC进行测试研究,发现染料敏化剂的结构变化对DSSC的性能有较大影响。当把氰基乙酸替换为罗丹宁乙酸,DSSC的总光电转换效率明显下降。这可能是由于罗丹宁乙酸基团的羧基与五元环结构间隔一个亚甲基,使得LUMO电子分布与吸附基团（-COOH）间隔较远,使电子经由羧基注入TiO2导带的效率下降,故以罗丹宁乙酸为吸电子基的染料ZL-5～7电池效率均较低。此外,π-桥基位于电子给体与电子受体之间的染料性能明显优于π-桥基位于两个供体单元之间的染料。染料ZL-1～4具有高IPCE值。其中,ZL-4的IPCE值达到了93%,它的短路电流密度（Jsc）为10.8 mA cm-2,开路电压（Voc）为690 mV,填充因子FF为0.61,总光电转换效率最高为4.54%。之所以与文献报道中的η=9%相比较低,可能是由于其在可见光区的吸收范围较窄,从而影响了染料对光的吸收能力。以上结果表明,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。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
引言  10-11
第一章 文献综述  11-31
  1.1 太阳能电池的发展  11-12
  1.2 染料敏化太阳能电池  12-16
    1.2.1 DSSC 的基本结构  13-14
    1.2.2 DSSC 的工作原理  14-15
    1.2.3 太阳能电池的评价指标  15-16
  1.3 纳米晶半导体电极-多孔纳米半导体膜  16-17
    1.3.1 纳米晶TiO_2  16-17
    1.3.2 ZnO  17
  1.4 对电极  17
  1.5 电解质  17-18
    1.5.1 液态电解质  17-18
    1.5.2 固态和准固态电解质  18
  1.6 光敏染料  18-28
    1.6.1 光敏染料的特点  18-19
    1.6.2 光敏染料的种类  19-28
  1.7 选题依据  28-31
第二章 实验部分  31-50
  2.1 原料试剂与仪器  31-33
  2.2 试剂的纯化  33
  2.3 目标化合物的合成  33-49
    2.3.1 合成路线  33-36
    2.3.2 中间体的合成方法  36-44
    2.3.3 目标产物的合成  44-49
  2.4 本章小结  49-50
第三章 DSSC 的组装、测试与目标产物性质的测试及其结果讨论  50-62
  3.1 DSSC 的组装与测试方法  50-52
    3.1.1 太阳能电池的制备  50-51
    3.1.2 DSSC 的伏安性能测试  51-52
    3.1.3 DSSC 的光电流工作谱测试  52
  3.2 光物理性能测试方法  52-53
    3.2.1 紫外一可见吸收光谱和荧光光谱测试  52-53
    3.2.2 电化学性能测试  53
  3.3 结果与讨论  53-60
    3.3.1 染料的光谱特性  53-56
    3.3.2 染料的电化学特性  56-57
    3.3.3 太阳电池的光电化学特性  57-60
  3.4 本章小结  60-62
第四章 结论  62-64
参考文献  64-69
发表论文和科研情况说明  69-70
致谢  70-71

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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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