芳胺类太阳能电池光敏染料的合成与性能研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池(简称DSSC)以成本低、易于制造、可大面积生产和环保的特点受到广泛关注。染料敏化剂是DSSC的核心组成部分,起着收集太阳光并将激发态电子注入到半导体导带的作用,对光电转换效率至关重要。染料主要分为金属配合物染料和纯有机染料。本文主要涉及到三苯胺类染料和咔唑类染料,合成了三个金属钌配合物染料(RL1-RL3)和两个纯有机染料(RL4和RL6)。钌配合物染料性能稳定。本文设计的三个金属钌配合物染料,将三苯胺和咔唑基团引入到染料的辅助配体中,其较大的共轭面利于染料对可见光的吸收。设计的单边不对称结构的辅助配体将有助于提高钌配合物染料的溶解性,并可能缓解染料在TiO2薄膜表面的堆积。利用IR、1H NMR、MS对三个钌配合物染料及其中间体进行了结构鉴定,表明结构正确。紫外测试结果表明三个染料具有良好的吸光能力。电化学性能测试得出三个染料的HOMO和LUMO能级符合DSSC电位方面的要求。将三个染料组装DSSC,分别得到了4.58%,4.57%和5.31%的光电转换效率。纯有机染料分子结构易于设计、产物易于提纯,在近年得到了很大的发展。本论文对经典的D-π-A型结构的染料加以改进,设计了两个D-A-π-A模型的纯有机敏化染料(RL4和RL6)。带有己烷链的咔唑为供电子单元,引入强吸电子基团苯并噻二唑为额外的吸电子基团,噻吩和3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)作为π桥,吸附基团和电子受体采用经典的氰基乙酸。利用IR、1H NMR对RL4和RL6及其中间体进行了结构鉴定,证明结构正确。紫外光谱显示RL6中EDOT的引入则可以使吸收光谱红移。电化学测试表明,RL4和RL6的HOMO能级值和LUMO能级值在电位方面满足作为DSSC光敏染料的要求。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 敏化染料 D-A-π-A结构 三苯胺 咔唑
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 概述9
• 1.2 DSSC的结构和工作原理9-10
• 1.3 电解质10
• 1.4 对电极10
• 1.5 染料敏化剂10-18
• 1.5.1 金属配合物染料11-14
• 1.5.2 纯有机染料14-18
• 1.6 课题的提出与研究内容18-21
• 第2章 芳胺类钌基配合物染料的合成与表征21-33
• 2.1 RL1和RL2配体的合成路线21-22
• 2.2 RL3的配体P3的合成路线22
• 2.3 染料的合成路线22
• 2.4 实验试剂与主要设备22-24
• 2.5 合成与表征24-31
• 2.5.1 4-(N,N-二对甲基苯基)氨基苯甲醛的合成(M1)24-25
• 2.5.2 4-(N,N-二对甲基苯基)氨基苯甲醇的合成(M2)25-26
• 2.5.3 4-(N,N-二对甲基苯基)氨基溴代苯甲烷三苯基膦盐的合成(M3)26
• 2.5.4 4-(2-(4-(N,N-二对甲基苯基)氨基)苯基)乙烯基苯甲醛的合成(M4)26-27
• 2.5.5 4-甲基-4′-(2-(4-(2-(4-(N,N-二对甲基苯基)氨基)苯基)乙烯基)苯基)乙烯基-2,2′-联吡啶的合成(P1)27-28
• 2.5.6 N-乙基咔唑的合成(K1)28-29
• 2.5.7 N-乙基咔唑3甲醛的合成(K2)29
• 2.5.8 N-乙基咔唑桥接联吡啶光敏染料配体的合成(P3)29-30
• 2.5.9 染料的合成30-31
• 2.6 本章小结31-33
• 第3章 有机染料的合成与表征33-43
• 3.1 引言33-34
• 3.1.1 有机染料的合成路线33-34
• 3.2 主要原料和试剂34-35
• 3.3 RL4及其中间体的合成35-39
• 3.3.1 3-溴9正己基咔唑的合成(2)35-36
• 3.3.2 3-(9-正己基)咔唑硼酸的合成(3)36-37
• 3.3.3 3-(4-(7-溴代苯并噻二唑))9正己基咔唑的合成(4)37
• 3.3.4 3-(4-(7-(2-(5-甲酰基噻吩)苯并噻二唑)))9正己基咔唑的合成(5)37-38
• 3.3.5 3-[ 4-[7-(2-(5-(2-腈基丙烯酸)噻吩)苯并噻二唑)]]9正己基咔唑的合成(RL4)38-39
• 3.4 RL6及其中间体的合成39-41
• 3.4.1 2-三丁基锡基-3, 4-乙烯二氧噻吩(B2)39
• 3.4.2 3-(4-(7-(2-(3, 4-乙烯二氧噻吩)苯并噻二唑)))9正己基咔唑(7)39-40
• 3.4.3 3-(4-(7-(2-(5-醛基(3, 4-乙烯二氧噻吩)苯并噻二唑)))9正己基咔唑(8)40-41
• 3.4.4 3-[ 4-[7-(2-(5-(2-腈基丙烯酸-(3, 4-乙烯二氧噻吩))苯并噻二唑)]]9正己基咔唑的合成(RL6)41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 染料的性能研究43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 钌配合物染料的性能测试43-47
• 4.2.1 紫外可见吸收光谱43-44
• 4.2.2 电化学性能测试44-46
• 4.2.3 染料的光伏性能46-47
• 4.3 纯有机染料的性能测试47-49
• 4.3.1 紫外可见吸收光谱47-48
• 4.3.2 电化学性能测试48-49
• 4.4 本章小结49-51
• 结论51-53
• 附录53-65
• 参考文献65-71
• 攻读硕士学位期间所发表的论文71-73
• 致谢73

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

染料敏化太阳能电池中二聚噻吩类光敏染料构效关系的理论研究    苏欣;张吉;吴勇;耿允;苏忠民;

酞菁类光敏染料的研究进展    毛利军;谭青龙;张学俊;

太阳能电池用联吡啶铼光敏染料研究    孙世国,彭孝军,徐勇前,时磊,孙立成

双链结构有机光敏染料的合成及性能    王毅;庞茂印;于晓强;王超磊;马廷丽;

含对硝基苯受体纯有机光敏染料的合成及性能    王毅;慈振华;刘鹤松;刘腾;王超磊;

染料敏化太阳能电池中具有不同电子给体的吩噻嗪类有机光敏染料的理论研究    张吉;李海斌;吴勇;耿允;段雨爱;廖奕;苏忠民;

单晶锗表面键合光敏染料的研究    张成路,冯建国

太阳电池用多羧酸光敏染料研究(Ⅰ)——多羧酸染料的合成    孙世国,彭孝军,孙立成,徐勇前

吡啶类太阳能电池光敏染料的理论分子设计    潘清江;郭元茹;高晓琴;冯欣;

两亲性D-π-A型有机染料在染料敏化太阳能电池中的应用    宋晓睿;王维波;张雪华;李超;王雪松;张宝文;

新型卟啉类光敏染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究    万中全;贾春阳;张家强;

铼联吡啶光敏染料性能的研究    孙世国;彭孝军;徐勇前;凡明文;时磊;孙立成;

两种新型苄叉环戊酮光敏染料的合成及性质研究    薛建强;赵榆霞;吴飞鹏;

杯[4]芳烃染料的设计合成及在染料敏化太阳能电池的应用    谭礼林;刘军民;苏成勇;

具有大双光子吸收截面的香豆素酮类光敏染料的合成及其性质研究    赵榆霞;李雪;吴飞鹏;

新型香豆素类染料与碘鎓盐复合光敏引发体系的研究    薛建强;赵榆霞;吴飞鹏;

有机光敏染料光学性质理论研究及分子设计    李会杏

铼、钌联吡啶光敏染料的研究    孙世国

环状脲/硫脲功能化三苯胺类有机光敏染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用    伍致生

新型纯有机光敏染料的合成及其应用于染料敏化太阳能电池的研究    赵江华

带有侧链镶嵌基团的有机近红外光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    郝艳

芳胺类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    田海宁

四氢喹啉类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    陈瑞奎

共轭桥电子和空间效应对光敏染料性能的影响研究    慈振华

含苯并吡喃及二氢噻唑π-桥基的有机染料在染料敏化太阳能电池中的应用及电池稳定性影响因素的研究    陈承

含二级供电基团的三聚茚基光敏染料的合成及其光伏性能研究    夏琪

D-D-π-A结构光敏染料的合成及应用研究    姜怀领

新型芳胺类光敏染料的理论与实验研究    陈喜明

芳胺类太阳能电池光敏染料的合成与性能研究    胡智超

新型受体基团有机光敏染料的合成及性能研究    刘腾

四吡咯衍生物光敏染料光谱性质的密度泛函理论研究    陶委

含侧链吸附基团的光敏染料在染料敏化太阳能电池中的应用    赵金霞

双D-π-A型光敏染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用    彭锦安

光敏染料的合成及其与β-环糊精的作用研究    张小刚

含有新型Ⅱ桥的光敏染料的合成与应用    张兆辉