新型光敏剂的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSC)作为一种新型第三代太阳能电池,由于制备工艺简单,制造成本低廉,受到研究者的广泛关注。光敏染料作为染料敏化太阳能电池的关键组成部分,对光电转换效率有着重要影响,因此开发新型光敏剂成为该领域的前沿课题。 为了开发新型、高效、高稳定性的光敏染料,本论文以噻吩为起始原料,经过溴化、硝化、还原、缩合合成了中间体G-0,之后再经过高效的Suzuki偶联反应和温和的水解反应得到了一种新型双通道染料G-1,利用1HNMR和MS对化合物的结构进行了表征。这是目前噻吩[3,4-b]吡嗪类结构首次被设计、合成并作为染料敏化太阳能电池光敏剂。通过紫外-可见光谱、荧光发射光谱、电化学循环伏安法等测试手段对化合物的光物理、电化学性质进行了研究。紫外-可见光谱研究发现,化合物G-1最大吸收波长随着溶剂极性增大发生蓝移。通过电化学循环伏安法并结合紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱,对化合物的HOMO、LUMO能级进行了计算,结果表明：合成的染料具有合适的能级,可以应用于DSC体系。 本文将合成的新型双通道染料G-1应用于DSC,研究了染料浸泡浓度和染料浸泡用溶剂对G-1敏化的太阳能电池性能的影响。不同染料浸泡浓度的研究结果表明,在浓度为0.2 mM时基于G-1的太阳能电池表现出最好的光电性能；不同染料浸泡用溶剂的研究结果显示,在THF/乙腈的混合溶剂中表现出最好的光电性能。在最优条件下,我们进一步研究了共吸附剂CDCA的加入对电池性能的影响,结果表明,加入CDCA后对电池光电转换效率影响不大。最终,在优化条件下,G-1敏化的太阳能电池最高效率达到了4.66%,展示了此类染料应用于DSC的巨大潜力。 为进一步拓宽光敏染料的吸收光谱,本论文还合成了四种不同取代基的硫代双烯镍近红外染料,通过HNMR、元素分析等对化合物的结构进行了确认,并对其光物理、电化学及热稳定性等进行了系统研究。紫外-可见-近红外吸收光谱测试结果表明,合成的硫代双烯镍配合物在700 nm-1100 nm都具有较强的吸收。通过对化合物的取代基效应及溶剂效应研究发现：供电子基团导致λmax红移,而吸电子基团则导致λmax蓝移,且λmax随着溶剂极性增加而增大。通过循环伏安法和差分脉冲伏安法测试对化合物的电化学性质进行了研究。此外,本文还通过密度泛函理论对化合物的HOMO和LUMO能级进行了计算。热失重测试研究表明,合成的化合物具有较好的热稳定性。最后,我们初步证实了硫代双烯镍近红外染料应用与DSC的可行性。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 近红外染料 噻吩吡嗪 硫代双烯 双通道染料
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 前言11-12
• 1.2 可再生能源现状12-13
• 1.3 太阳能资源利用13-14
• 1.3.1 太阳能13
• 1.3.2 太阳能资源利用13-14
• 1.4 太阳能电池14-16
• 2 染料敏化太阳能电池16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 染料敏化太阳能电池结构和工作原理16-18
• 2.3 染料敏化太阳能电池评价参数18-20
• 2.3.1 单色光光电转换效率IPCE18-19
• 2.3.2 短路电流和短路电流密度J_(sc)19
• 2.3.3 开路电V_(oc)19
• 2.3.4 填充因子FF19
• 2.3.5 光电转换效率η和J-V曲线19-20
• 2.4 光阳极纳米晶半导体薄膜20-21
• 2.5 电解质21
• 2.6 对电极21
• 2.7 敏化剂及其分类21-31
• 2.7.1 金属配合物染料22-24
• 2.7.2 有机染料24-31
• 2.8 目前染料敏化太阳能电池存在的问题31
• 2.9 本论文的选题依据31-32
• 3 双D双π双A染料的合成和表征32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 化合物的合成和表征32-36
• 3.2.1 仪器与试剂32-33
• 3.2.2 重要中间体的合成33-35
• 3.2.3 G-0和G-1的合成35-36
• 3.3 化合物G-0的单晶解析36-38
• 3.4 小结38-39
• 4 双D双π双A染料的性质研究39-44
• 4.1 引言39
• 4.2 光物理、电化学性质测试方法39-40
• 4.2.1 紫外-可见光谱测试和荧光发射光谱测试39
• 4.2.2 电化学测试39-40
• 4.3 紫外可见光谱测试与荧光光谱测试40-41
• 4.4 电化学测试41-43
• 4.5 小节43-44
• 5 双通道染料敏化太阳能电池的光伏性能测试44-54
• 5.1 引言44
• 5.2 电池的组装方法44-45
• 5.2.1 试剂、材料和仪器44
• 5.2.2 DSC的组装44-45
• 5.3 染料敏化太阳能电池的光伏性能测试方法45-47
• 5.3.1 染料敏化太阳能电池的伏安曲线测试方法45-46
• 5.3.2 染料敏化太阳能电池光电流工作谱测试方法46-47
• 5.4 染料敏化太阳能电池光伏性能测试47-53
• 5.4.1 不同染料浓度对电池性能的影响47-49
• 5.4.2 染浴对电池性能的影响49-51
• 5.4.3 优化条件下CDCA对电池性能的影响51-53
• 5.5 小结53-54
• 6 硫代双烯镍近红外染料的合成和性能研究54-64
• 6.1 引言54
• 6.2 化合物的合成和表征54-58
• 6.2.1 仪器与试剂54-55
• 6.2.2 重要中间体的合成55-56
• 6.2.3 硫代双烯镍近红外染料的合成56-58
• 6.3 结果与讨论58-63
• 6.3.1 合成部分58
• 6.3.2 热失重分析58-59
• 6.3.3 红外谱图解析59
• 6.3.4 Uv-vis-NIR吸收光谱59-61
• 6.3.5 电化学性质61
• 6.3.6 密度泛函原理计算61-62
• 6.3.7 硫代双烯镍配合物在DSC中的应用62-63
• 6.4 小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-71
• 附录A 重要化合物的MS谱图71-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

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

生物燃料进展研究    闫强;王安建;王高尚;于汶加;陈其慎;

吉林省能源消费问题及调整对策思考    王胜今;才炜;

中国电网高速发展与可再生能源发电的关系    卫蜀作;蔡邠;

太阳能与青海民居建设    庾汉成;白宗科;

高原藏区民居建筑太阳能应用方式的调查与分析    庾汉成;李仲仁;

在素质教育能源类教材中补充能效标准与标识内容的建议    卢苇;

结合青海地区特点谈规划阶段太阳能的应用    庾汉成;

桥梁新能源供电系统解决方案初探    夏光蔚;

两种新型电源的应用需求分析    高英倩;廉志彪;王向伟;赵卫民;

利用计算机模拟测定同位素半衰期    高明哲;何盼;冉鸣;

二种新型电源的应用需求分析    高英倩;廉志彪;王向伟;赵卫民;

球磨法制备氧化锆-硬脂酸系相变储能材料的研究    高喆;艾德生;赵昆;戴遐明;

新能源材料基础与发展简述    赵昆;艾德生;高喆;邓长生;戴遐明;

淀粉/纤维素类生物质发酵联产氢气和甲烷的机理研究    谢斌飞

可再生能源发电政策与环境效益分析方法研究    秦湘灵

多输入直流变换器电路拓扑及控制策略研究    李艳

纤维素快速热解机理的分子模拟研究    黄金保

分布式风光互补系统控制与最大功率跟踪策略研究    刘立群

改性纳米TiO_2及硫电解液用于敏化太阳能电池的研究    李玲

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

新型高效叠层及复合染料敏化太阳能电池研究    苗青青

纳米氧化钛光阳极材料控制合成与薄膜结构优化    姜军

贵州能源经济发展研究    申振东

双馈型变速恒频风力发电机转子侧变流器控制技术研究    徐凤星

促进我国生物质能源发展的若干法律制度研究    李斌

山东省结构节能中的问题与对策研究    庞松涛

我国能源税制若干问题研究    吴慧

湖南新能源和可再生能源开发利用问题研究    马国波

攀枝花西区新兴产业发展研究    蒋雁飞

保定市村镇规划中新能源利用研究    帅凯

我国低碳经济发展潜力分析与对策建议    李玲玲

双馈风力发电机运行控制技术研究    王大伟

高效低成本染料敏化太阳能电池离子液体电解质研究    陈卓

光栅减反层太阳能电池光电转换效率的研究    钟慧;高永毅;周仁龙;周并举;唐立强;吴伶锡;李宏建;

新颖奇特的电池    周文斌

日本太阳能电池光电转换效率达20%    董伟

太阳能电池在汽车上的应用分析    赵云峰;万杰;朱自萍;陈俊;乐志国;马芳武;丁勇;赵福全;

常用光源对太阳能电池性能影响    郭书霞

化学太阳能电池    黄昀昉,吴季怀

Al_(0.85)Ga_(0.15)As/GaAs太阳能电池器件工艺优化研究    陈晓杰,李爱珍,王嘉宽,胡雨生,汪乐

高效染料纳晶太阳能电池    黄昀昉,吴季怀

高效染料纳米晶太阳能电池    黄昀昉,吴季怀

纳米太阳能电池研究进展    孙宝,郝彦忠,李伟,王禄

有机染料锚数对染料敏化太阳能电池性能的影响    尚会霞;罗艳红;孟庆波;占肖卫;

太阳能电池表面纳米微结构研究    李美成;

锌卟啉敏化太阳能电池性能:从头算非绝热动力学研究    王晶辉;何荣幸;齐丹;

量子点敏化太阳能电池--新材料的设计、制备及器件研究    李冬梅;罗艳红;孟庆波;

量子点敏化太阳能电池研究进展    刘铭;杨君友;冯双龙;朱虎;

高效染料钠晶TiO_2太阳能电池    黄昀昉;吴季怀;林建明;黄妙良;

太阳能电池输出特性的分析及检测    张海波;

太阳能电池应用    孟昭渊;

富铟与富铜CuInSe_2薄膜的光电性能    王信春;

谈太阳能路灯原理    胡昊伟;黄敏;

提高太阳能电池效率有新法    记者 毛黎

河北晶龙太阳能电池三期工程奠基    段同刚　王丽英

中小太阳能浆料企业艰难突围    实习记者 徐生权　孙文昀 本报记者 王峻峰

天津铜铟镓硒太阳能电池组件制成    耀文

赛维LDK首期太阳能电池生产线投产    记者 徐国平　通讯员 廖淑艳

将液晶制造设备应用于薄膜电池有助于降低生产线投资    哈尔滨克罗拉太阳能电力有限公司副总经理 李瑞武

赛维LDK太阳能电池工程首期投产    记者 姜小毛　通讯员 廖淑艳

M13病毒可将太阳能电池效率提高三成    王小龙

太阳能厂跨洋吸金 几家欢乐几家愁    黄女瑛 DigiTimes

太阳能电池级多晶硅光伏项目落户益阳    记者　 郭云飞 通讯员　 张世平

抑制染料聚集优化染料敏化太阳能电池器件的研究    李晶

芳胺染料在溴（碘）基染料敏化太阳能电池中的应用    滕超

新型可溶液加工有机小分子材料的设计合成及光伏性能    李在房

基于酞菁铜的太阳能电池的研究    刘一婷

反型聚合物太阳能电池的研究    李福民

分光谱太阳能光电转换系统研究    赵源

知识流动理论框架下的科学前沿与技术前沿研究    庞杰

量子点敏化太阳能电池：制备及光电转换性能的改进    宋鑫

改性纳米TiO_2及硫电解液用于敏化太阳能电池的研究    李玲

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

新型光敏剂的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用    高俊雄

应用于染料敏化太阳能电池芳胺类染料的设计与合成    杨翠翠

芳胺类纯有机染料的设计合成及应用研究    胡春田

敏化太阳能电池中染料的合成研究    徐丹

CuO薄膜的制备及其光伏特性研究    张春萍

三芳基咪唑的富勒烯衍生物的合成及其在CdSe量子点太阳能电池的应用    赵爱婷

含三苯胺、噁二唑聚噻吩衍生物和双给体有机染料的合成及光伏性能研究    陈华杰

SCNTs和PPDIF应用于聚合物太阳能电池中的研究    白静璐

叠层荧光集光太阳能光伏器件的性能模拟和优化    耿俊杰

含噻吩和噻唑基元的共轭聚合物的合成和光伏性能研究    国霞