新型有机染料的设计、合成及其在染料敏化太阳能电池的应用研究

【摘要】： 染料敏化纳米晶体太阳能电池(DSSC)是一种非常有前途的第三代太阳能电池。自20世纪90年代以来,通过近20年的研究,DSSC的性能已经有了大幅的提高。目前,性能最好的是由钌染料组装的器件,其最高的效率已经达到11.0-11.3%。但是由于钌元素在地壳中含量较低并且具有重金属毒性,而非金属的有机染料由于具有成本低、分子剪裁容易及摩尔消光系数高等优点,在近些年受到各研究者的关注。我们组通过对一些给体-π共轭系统-受体(D-π-A)结构有机染料的研究,发现二己氧基取代的三苯胺可以作为比较好的染料分子的给体,因此我们以此三苯胺为给体单元、氰基丙烯酸为受体单元,通过引入不同的π共轭单元制备了一系列有机D-π-A染料,通过量子计算、瞬态光电衰减技术及电阻抗分析等手段研究不同π共轭系统对染料的光吸收、能级、光电流、光电压等性能的影响。主要内容如下： (1)我们合成了分别以3,4-乙烯二氧基噻吩(EDOT),3,3'双己基硅-2,2'双噻吩(DTS)的偶联产物这一二元的杂环体系的为π共轭单元的有机染料C219,对染料在溶剂中的紫外-可见吸收及发射光谱以及电化学能级进行了测定,染料在氯仿中的最大吸收位于584nm,该波长处的摩尔消光系数为56.5×103M-1cm-1,吸收波长最宽达到750nm,为宽光谱有机染料。循环伏安法测定了染料在DMF中的电化学能级,其HOMO为-4.96eV,LUMO为-3.46eV,带隙1.72Ev,光电流谱的宽度最宽处达到800nm,接近钌染料的水平。在AM1.5G,100mW/cm2下,以乙腈为溶剂的电池能量转化效率达到了10.0-10.3%。 (2)本文一步合成以3,4-环己烷二氧基噻吩(DOT)与3,3'双己基硅-2,2'双噻吩,3,4-乙烯二氧基噻吩(EDOT)与联噻吩,三并噻吩,3,3'双-甲基硅-2,2'双噻吩,双噻吩环戊二烯烃的偶联产物这些二元的杂环体系π共轭单元的有机染料。通过这些染料的器件表征来探索因为π共轭单元的不同影响到染料的效率的原因,从而为进一步的探索提供证明和支撑。 【关键词】：太阳能电池 染料敏化 纳米晶体 有机染料 π共轭系统
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 前言8-22
• 1.1 引言8-9
• 1.2 DSSC概述9-14
• 1.2.1 DSSC的基本结构组成和工作原理9-11
• 1.2.2 有关DSSC的性能表征参数11-14
• 1.3 染料敏化剂研究现状14-20
• 1.3.1 多吡啶钌配合物染料敏化剂14-16
• 1.3.2 有机染料敏化剂16-20
• 1.4 论文研究内容及意义20-22
• 第二章 含EDOT-DTS单元有机染料的合成及其DSSC性能研究22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 合成实验部分22-30
• 2.2.1 合成路线设计22-24
• 2.2.2 试剂及仪器24-25
• 2.2.3 实验过程25-29
• 2.2.4 合成结果及讨论29-30
• 2.3 光谱及电化学性质30-38
• 2.3.1 染料C219的光化学表征及能级30-33
• 2.3.2 基于乙腈电解质的C219器件的性质33-34
• 2.3.3 光电转化性能34-35
• 2.3.4 基于离子液电解质电池的稳定性35-36
• 2.3.5 染料DSSC器件的变温特性36-38
• 2.3.6 离子液体电解质的研究38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 以联噻吩及其衍生物为π单元的有机染料及DSSC性能研究39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 合成实验部分39-46
• 3.2.1 合成路线设计39-41
• 3.2.2 仪器及试剂41-42
• 3.2.3 实验过程42-46
• 3.2.4 合成结果及讨论46
• 3.3 染料的光谱特性46-47
• 3.4 DSSC器件的光电特性47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 D单元和π单元修饰改进的有机染料的合成49-60
• 4.1 引言49-50
• 4.2 合成实验部分50-58
• 4.2.1 合成路线设计50-52
• 4.2.2 仪器及试剂52-54
• 4.2.3 合成过程54-58
• 4.3 本章小结58-60
• 第五章 总结与展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间的研究成果66

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