融噻吩桥联敏化染料的合成及其光伏性能研究

【摘要】：能源危机已成为当今社会面临的一个重大问题，近三百年来，工业革命导致的机械化大生产使得我们对能源的需求与日俱增，于是不可再生的化石燃料就扮演了重要的角色，在20世纪70年代石油危机爆发之后，能源需求量也就越来越大。太阳能是一种可再生能源，有着其它能源所不可比拟的优点：1）与化石燃料相比，太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源；2）相比核能，太阳能能源安全，无污染；3）相比水能，风能，太阳能容易利用，没有的地理条件限制，成本。在1954年实用化的硅太阳能电池问世，但是这类电池的制作成本高昂，制备工艺复杂，直到1991年，瑞士科学家Gr tzel研究组开发出光电转换效率为7%染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized NanocrystallinePhotovoltaic Solar Cells，DSSC)，其制作工艺简单，成本比较低廉，使用寿命较长。此类电池的核心部分是光敏染料，它的性能直接决定着染料敏化太阳能电池的使用寿命和光电转化效率。 本文设计合成了六种新型有机敏化染料，前五种都是以单的己氧基三苯胺为供电基团，第六种以双己氧基三苯胺为供电基团，以三种不同的融噻吩与环氧噻吩连接作为共轭桥，氰基乙酸为电子受体，形成D-π-π-A型的有机敏化染料。以对碘苯酚、噻吩、n-C_6H_12Br、3-溴噻吩和n-C_3H_7Br等为起始原料，经过NBS或Br_2溴化，Suzuki偶联反应，Stille偶联反应，Vilsmeier-Haack反应以及Knoevenagel缩合反应等最后得到目标化合物，并对合成过程中的未见报道的29种中间体和最终的目标产物进行了红外、熔点、碳谱、氢谱、质谱等结构表征。然后我们对这些染料进行了光电性质，分子理论计算和制备成敏化太阳能电池的光伏性能的研究，总结出了这些染料的结构和电池光电转换效率的关系，为今后设计出高效有机敏化染料奠定了基础。 其中染料XS35~38是以四种推拉电子融噻吩和环氧噻吩联接来作为共轭桥，四种染料在500 nm处都有一个强烈的可见光吸收带，最大吸收峰的波长λmax分别位于514，497，492和494 nm，这四种染料的HOMO和LUMO能级与二氧化钛和电解液能级相匹配，符合作为敏化剂所必要的条件，电化学阻抗谱研究表明，TiO2/染料/电解液界面之间的R_(CT)大小顺序是：XS38 XS35 XS36 XS37；电子寿命大小顺序：XS38 XS35 XS36 XS37。最后在AM 1.5的标准光照下，通过对基于这六种染料的DSSCs的光伏性能的研究得出：在XS35- XS38中，XS38敏化太阳能电池表现出比XS35-37更好的光伏性能，短路电流密度(JSC) 14.47 mA cm~(–2)，开路电压(VOC) 670 mV,填充因子(ff) 0.63,光电转换效率(η)为6.11%；染料C83和C84分别是单供电基和双供电基结构，本文对这两种染料进行了简单的测试，结果为：C83光伏性能优于C84，短路电流密度（JSC）9.94 mA cm~(–2)，开路光电压(VOC）585 mV，填充因子（ff）为0.62，光电转化效率3.62％,相同条件下N719染料敏化太阳能电池的效率为7.36。这些染料的结构和电池光电转换效率的关系，为今后设计出高效有机敏化染料奠定了基础。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 融噻吩 敏化染料 三芳胺 光伏性能
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 文献综述10-27
• 1.1 太阳能电池的研究背景及其发展10-12
• 1.2 染料敏化太阳能电池（DSSC）12-13
• 1.2.1 基本结构12
• 1.2.2 工作原理12-13
• 1.3 敏化太阳能电池性能的主要指标13-14
• 1.3.1 工作原理14
• 1.3.2 开路电压14
• 1.3.3 单色光的光电转换效率14
• 1.3.4 填充因子14
• 1.3.5 光电转换效率14
• 1.4 光阳极14-16
• 1.5 对电极16
• 1.6 电解质16-17
• 1.7 敏化染料17-27
• 1.7.1 敏化染料的特点17
• 1.7.2 敏化染料和二氧化钛的结合方式17-18
• 1.7.3 金属配合物光敏染料18-21
• 1.7.4 有机光敏染料21-25
• 1.7.5 本论文研究内容25-27
• 第二章 染料的合成27-44
• 2.1 试剂与仪器设备27-28
• 2.2 试剂的纯化28-29
• 2.3 目标染料化合物的合成29-43
• 2.3.1 合成路线29-32
• 2.3.2 合成方法32-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 染料的性质测试与 DSSC 的制备、测试及其结果与讨论44-56
• 3.1 DSSC 的制备、测试44-46
• 3.1.1 敏化太阳能电池的制备方法44-46
• 3.1.2 敏化太阳能电池的测试方法46
• 3.2 染料的光学测试46-47
• 3.3 染料的电化学性质测试方法及密度泛函理论计算47
• 3.4 结果讨论47-55
• 3.4.1 染料 XS35-XS38 的光谱学特性47-50
• 3.4.2 染料 XS35-XS38 的电化学特性50-51
• 3.4.3 染料 XS35-XS38 敏化太阳能电池的光伏性能测试51-54
• 3.4.4 染料 C83 和 C84 光电性能测试54-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第四章 结论56-58
• 参考文献58-62
• 发表论文和科研情况说明62-63
• 致谢63-64

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的光电极制备技术    唐笑;钱觉时;黄佳木;

有机太阳能电池材料的研究进展    段晓菲,王金亮,毛景,裴坚

染料敏化纳米薄膜太阳电池电解质的优化    戴松元,肖尚锋,史成武,陈双宏,黄阳,孔凡太,胡林华,潘旭,隋毅峰,翁坚,王孔嘉

聚合物本体异质结型太阳能电池研究进展    王彦涛,韦玮,刘俊峰,张辉

染料敏化太阳能电池中的敏化剂    梁茂,陶占良,陈军

纳米晶体化学太阳电池的研究    戴松元,王孔嘉,邬钦崇,王瑜

染料敏化纳米晶薄膜太阳电池    孟庆波,林原,戴松元

有机太阳能电池研究近况    赵文甲;司晶星;

非金属纯有机染料的设计规律和展望    杨秀云;周杰;王宇鹏;高秀霞;

太阳能电池及材料研究    梁宗存,沈辉,李戬洪

染料敏化太阳能电池研究进展    杨宏训;黄妙良;韩鹏;姜奇伟;吴子豹;吴季怀;

有机太阳能电池研究进展    任斌;赖树明;陈卫;黄河;

色素增感太阳能电池电解质的研究进展    刘丽红;胡志强;张晨宁;高岩;于仙仙;王一;

苯并咪唑类光电功能配合物的研究进展    张蓉;李锦堂;傅翠梨;罗学涛;

染料敏化太阳能电池天然敏化剂的研究进展    杨桂军;林红;王刚;张永昌;刘忆翥;陈慧媛;南辉;

染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研究进展    施永明,赵高凌,沈鸽,张溪文,翁文剑,杜丕一,韩高荣

塑料太阳能电池的研究现状与进展    邓姝皓;刘丹;王之顺;熊依林;李洪飞;

低价太阳电池的研制及未来发展前景    戴松元;徐炜炜;翁坚;肖尚锋;黄阳;陈双宏;胡林华;王孔嘉;

三元氧化物基的染料敏化太阳能电池    黄礼华;魏明灯;

水热合成TiO_2的结晶度对染料敏化太阳能电池的影响    苏岩;胡志强;巩翠翠;李璞;

染料敏化纳米二氧化钛薄膜太阳能电池中的电荷复合    张哲;葛伟杰;周保学;蔡俊;蔡伟民;

丙二腈取代烷基喹吖啶酮化合物的合成、结构与光伏特性研究    周天雷

微纳复合材料光生电荷性质及活性研究    张宇

高性能染料敏化太阳能电池的制备与研究    李晓冬

煤的芳香性及氢键对钙基阻化剂抑制煤自燃作用的理论研究    郝朝瑜

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

双D-π-A结构芳胺类染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究    洪艳平

新型3H吲哚荧光菁染料的合成与性能研究    陈秀英

新型发光和光电材料的电化学    席燕燕

敏化纳晶TiO_2薄膜电极的制备及性能研究    张含平

敏化太阳能电池中染料的合成研究    徐丹

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

含8-羟基喹啉的聚合金属配合物的合成及其光伏性能    肖丽芬

半导体材料改性与染料敏化太阳能电池组装与性能测试    张坤峰

咔唑类染料敏化太阳能电池制备研究    王忠原

三苯胺类染料分子的设计合成及其光伏性能研究    张璐

基于新活性材料的有机聚合物太阳能电池的研究    韩桂芝

聚合物太阳能电池的机理及实验研究    王勇

聚合物/ZnO杂化太阳能电池的制备    张路宁

纳米氧化钛粉的控制制备及染料敏化太阳能电池的研究    徐敏

太阳能电池的新进展    黄宝圣

温度对不同电解质的大面积DSCs电池性能的影响    戴松元,陈双宏,肖尚锋,史成武,黄阳,孔凡太,胡林华,潘旭,翁坚,郭力,王孔嘉

高效率聚合物薄膜太阳能电池    史素姣,钟江帆,姜志宏,刘明大

TiO_2薄膜的制备方法及其对染料敏化太阳电池性能的影响    蓝鼎,罗欣莲,万发荣,龙毅

高分子p-n异质结太阳电池的研究    封伟,韦玮,朱长纯

聚合物光诱导电荷转移光电池的研究进展    邓先宇,俞钢,曹镛

有机p-n异质结固态太阳能电池中的激子和载流子输运    黄颂羽,邓慧华,蓝闽波,陆祖宏

CuPc-G-PAn/Perylenes异质结太阳电池性能研究    封伟,韦玮,曹猛,吴洪才

染料敏化纳米薄膜太阳电池中DMPII浓度的优化    史成武,戴松元,王孔嘉,郭力,潘旭,孔凡太,胡林华

聚苯胺-碳纳米管复合体的制备及其光响应    封伟,易文辉,徐友龙,连彦青,王晓工,吉野胜美

染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研究进展    施永明,赵高凌,沈鸽,张溪文,翁文剑,杜丕一,韩高荣

染料敏化太阳能电池的研究进展    赵俊锋;陈建华;

染料敏化太阳能电池用敏化剂    李祥高;吕海军;王世荣;郭俊杰;李靖;

新型含有多氰基受体单元的近红外敏化染料的合成及其光伏性能研究    何立;刘博;陈宇;朱为宏;

光伏并网发电系统的控制方法    赵为;余世杰;沈玉梁;苏建徽;

基于DSP的单相光伏并网控制系统的设计    田绍据;谢华;

阳光电源逆变器被国际光伏权威杂志测评为A级    

高补贴 无上限——世界光伏市场大门从意大利打开    

采用碳化硅器件的高效率光伏逆变器研究    潘三博;郝夏斐;

认证助艾默生网络能源进军光伏市场    顾华;韩新权;

基于高性能有机染料共轭桥的新型太阳能电池敏化染料    杨家保;瞿三寅;应伟江;武文俊;花建丽;田禾;

可见光下二氧化钛表面光敏化染料的降解研究    李祥忠;刘光明;何惧;赵进才;

噻吩环状小分子的特殊晶体管状结构    吕琨;刘云圻;狄重安;于贵;朱道本;

高效液相色谱法测定乳酸羟醋酸共聚物微球中盐酸噻吩诺啡的含量    杨阳;高永良;

吡咯和噻吩在银胶上的表面增强喇曼散射    徐瑞亚;吴国祯;

聚(3-辛基噻吩)多晶型及其低温相变行为的研究    孙佳茜;袁媛;张建明;

溶剂诱导聚3-己基噻吩树枝晶的形貌与结构研究    周海鑫;蒋士冬;孙晓丽;闫寿科;

噻吩双螺烯的光化学合成    刘新明;于潘潘;王华;

负载ZnO活性炭吸附脱除噻吩的性能    王广建;郭娜娜;张晋;曾娜;

基于蒽并[2,3-c]噻吩半导体材料的分子设计与电荷传输性质预测    赵蔡斌;靳玲侠;王文亮;

2010年光伏新能源仍供不应求    谢韵

启动光伏内需可创千万亿市场    本报记者 陈其珏

国家光伏研究中心产业化基地落户广东    

服务硅产业 我市高校首开光伏专业    张舸

意大利光伏市场迅速扩大    杨理

国内光伏市场元年开启    本报记者 梁钟荣

光伏业:步入调整期明年市场尚不明朗    诸玲珍

一个光伏企业的坎坷路    孙萌萌

光伏“倾销”真相    本报记者 邓丽　实习记者 庄佳婧

权威认证为光伏企业开启出口通道    本报记者 海霞

双D-π-A结构芳胺类染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究    洪艳平

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

窄带隙共轭聚合物的制备与光伏性能研究    邓丹

基于2，7-咔唑的新型窄带隙共轭聚合物的合成及光伏性质研究    赵巍

抑制染料聚集优化染料敏化太阳能电池器件的研究    李晶

清洁燃料选择性吸附脱硫过程中硫化物吸附行为的研究    王洪国

磷钼杂多化合物的制备及其催化柴油深度脱硫的研究    邱江华

有机分子在分子筛中的吸附和扩散过程的计算机模拟    张国

含三苯胺、噻吩的有机光伏材料的设计合成及其性质研究    沈平

含烷基、烷氧基侧基聚噻吩的合成、表征与发光性能    佟拉嘎

融噻吩桥联敏化染料的合成及其光伏性能研究    程晓兵

含苯并噻二唑单元的吡啶吸附基有机敏化染料：给体对光伏性能的影响    Fohn Benedict Miapeh（本迪克）

染料敏化太阳能电池中离子液体和敏化染料的合成及表征    姜勇

几种结构简单的敏化染料设计与合成    孟芳

含梯度供电基的染料合成及其光伏性能研究    徐英军

新型含吲哚啉纯有机太阳能电池敏化染料的合成与性能研究    于晖晖

聚集诱导发光材料和苯并[C]噻吩类太阳能电池敏化染料的合成及性能研究    徐勃

含苯融噻吩桥（BDT）的光敏染料的合成及其光伏性能研究    郝晓丽

聚酰亚胺/TiO_2纳米材料杂化光电性能研究    黄楠

香豆素类光敏染料的合成及其性能研究    米卫军