新型苯并咔唑取代卟啉及吩噻嗪光敏剂的合成及其光电性质研究

发布时间：2017-09-30 16:01

  本文关键词：新型苯并咔唑取代卟啉及吩噻嗪光敏剂的合成及其光电性质研究

  更多相关文章： 染料敏化太阳能电池 光敏剂 卟啉 吩噻嗪 光电转换效率

【摘要】：21世纪,能源与环境问题已经成为当今社会面临的紧迫问题。开发利用新型清洁可再生能源成为解决目前能源、环境以及人类可持续发展等问题的重要突破口。染料敏化太阳能电池因其制作工艺简单,环境友好,制作成本低廉等优点,成为目前太阳能利用的热点研究领域之一。光敏剂在染料敏化太阳能电池中起到了非常关键的作用,通过对有机分子的不同修饰以及结构的改变可以获得不同的光电特性。我们知道有机染料分子具有吸光范围宽,摩尔吸光系数高,成本低廉,合成步骤简单和易于进行修饰等优点,使有机光敏剂的大规模开发应用成为可能。在有机光敏剂中,具有给体单元-桥联基团-受体单元(D π A)结构的化合物是一类非常高效、通用型的光敏剂分子。这种D π A结构有机光敏剂分子因其高效的分子内电荷转移特性,而具有获得较高的光电转换效率的潜能。富电子的桥联基团,通常具有可以有效的促进分子内的电荷转移过程,拓宽染料分子的光谱响应范围。本文主要设计合成了两大类7种分别基于卟啉以及吩噻嗪骨架的新型有机光敏剂,并成功的将其应用于染料敏化太阳能电池中。本文首先设计合成了4种卟啉光敏剂分子(GHH01 04),并在其结构中分别引入苯基,4-乙炔基苯基,苯并噻二唑等桥连单元以及在给体单元苯并咔唑与卟啉之间引入乙炔基等基团,以探索结构改变,对其光电性能的影响。研究发现,通过延长共轭体系的长度,可以有效地拓宽光敏剂分子在可见光区的吸光范围,进而提升光敏剂分子的短路电流密度。其中GHH03获得了最好的的光电转换效率(6.69%),当与小分子JY23共敏化时获得了8.41%的光电转换效率。其次,本文设计合成了3种基于寡聚噻吩桥连的D π A型吩噻嗪有机染料分子(GHH05 07)。在其结构中分别采用吩噻嗪为给体单元,寡聚噻吩为桥联基团,氰基丙烯酸为受体单元,系统研究了长烷基链以及次级给电子单元对光敏剂分子光电性质的影响。研究发现,当在寡聚噻吩中引入两个正辛烷的时候,可以有效地抑制染料分子的在二氧化钛薄膜表面的自聚集,从而提高其开路电压。同时,当在吩噻嗪单元引入次级给体单元4-丁氧基苯基时可以有效提高染料分子的短路电流密度,从而提升其光电转换效率。其中GHH07获得了最好的光电转换效率(7.48%)。
【关键词】：染料敏化太阳能电池 光敏剂 卟啉 吩噻嗪 光电转换效率
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;TQ610.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-42
• 第一节 染料敏化太阳能电池概述10-29
• 1.1.1 染料敏化太阳能的结构及工作原理10-11
• 1.1.2 染料敏化太阳能电池的性能参数11-12
• 1.1.3 染料敏化太阳能电池的制作过程12-14
• 1.1.4 染料敏化太阳能电池的光敏剂14-29
• 第二节 DSSC的材料29-33
• 1.2.1 光阳极材料29-30
• 1.2.2 对电极材料30-31
• 1.2.3 DSSC中的氧化还原电解质31-33
• 第三节 立题思路33-36
• 参考文献36-42
• 第二章 新型卟啉类光敏剂的设计合成及其在DSSC中的应用42-83
• 第一节 引言42-43
• 第二节 结果与讨论43-60
• 2.2.1 目标化合物的合成与讨论43-46
• 2.2.2 光敏剂的紫外可见吸收光谱46-48
• 2.2.3 光敏剂的循环伏安测试48-51
• 2.2.4 光敏剂的密度泛函理论计算51-52
• 2.2.5 光敏剂的光电转换效率测试52-58
• 2.2.6 光敏剂的吸附量测试58-60
• 第三节 本章小结60-61
• 第四节 实验部分61-81
• 2.4.1 实验试剂61
• 2.4.2 实验仪器61
• 2.4.3 DSSC的制备及测试61-62
• 2.4.4 相关化合物的合成62-81
• 参考文献81-83
• 第三章 新型吩噻嗪光敏剂的设计合成及其在DSSC中的应用83-106
• 第一节 引言83-84
• 第二节 结果与讨论84-95
• 3.2.1 目标化合物的合成与讨论84-85
• 3.2.2 光敏剂的紫外可见吸收光谱85-87
• 3.2.3 光敏剂的循环伏安测试87-89
• 3.2.4 光敏剂的DFT理论计算89-90
• 3.2.5 光敏剂的光电转换效率测试90-93
• 3.2.6 光敏剂的吸附量测试测试93-95
• 第三节 本章小结95
• 第四节 实验部分95-104
• 3.4.1 实验试剂与仪器95-96
• 3.4.2 DSSC的制备及测试96
• 3.4.3 相关化合物的合成96-104
• 参考文献104-106
• 第四章 总结与展望106-108
• 附录 论文中重要化合物的核磁和质谱谱图108-132
• 致谢132-133
• 个人简历及在学期间发表的学术论文与研究成果133

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本文编号：949079