噻吩并咔唑稠环基有机光敏剂的合成及其光伏性能研究

发布时间：2020-03-31 00:49

【摘要】：有机光敏剂是有机太阳能电池(OSCs)的核心部分,它自身的物理和化学性质决定着电池的光伏性能。因此,为进一步提升OSCs的能量转换效率,开发综合性能优良的新型有机光敏材料具有重要研究意义。本文开发了系列噻吩并咔唑稠环(DTCC)基有机光敏剂,并采用核磁共振谱、质谱以及红外光谱等进行了结构表征。此外,我们还采用理论计算、紫外-可见吸收光谱和循环伏安等系统地研究了该类材料的光物理和电化学性质。基于合成的光敏材料,我们构建了OSCs,并探讨了材料结构与光伏性能之间的关系。主要研究结果如下:1、以DTCC为电子给体(D)和3-(二氰基亚甲基)靛酮为电子受体(A),设计并合成了具有A-D-A构型的n-型有机半导体材料(DTCC-IC)。结果表明:DTCC-IC在500-720 nm具有强的光捕获能力和高的摩尔消光系数(105 M-1 cm-1),具有合适的HOMO/LUMO能级(-5.50/-3.87 eV)。空间电荷限制电流法测试表明:DTCC-IC的电子迁移率高达2.17×10-3cm2 V-1s-1,这可与富勒烯衍生物受体相媲美。在模拟太阳光(AM 1.5G,100 mWcm-2)照射下,基于聚合物给体PTB7-Th和DTCC-IC受体构建的本体异质结太阳能电池,获得的最高能源转换效率达6%。这表明DTCC是一类综合性能优异的电子给体构建单元,可用于开发高迁移率n-型有机半导体材料。2、基于DTCC单元,设计并合成了系列D-A-π-A型有机染料C1-C3。其中,DTCC为电子给体,苯环为共轭桥连单元,羧酸为锚定基团。为了调控染料的分子骨架结构、吸收光谱、能级结构以及光伏性能,我们将第二辅助受体(譬如,苯并噻二唑,BT;二氟苯并噻二唑,DFBT;和吡啶噻二唑,PT)引入到染料C1-C3的分子骨架中。结果表明:强的D-A效应使得染料C1-C3具有强的分子内电荷转移和高的摩尔消光系数(3.14×104 M-1 cm-1),这确保了该类染料具有强的光捕获能力;相比BT-基染料C1,DFBT-基染料C2中的氟取代破坏了分子骨架的共平面性,使得C2的电荷转移吸收峰发生了 7 nm的蓝移。然而,PT-基染料C3中氮的引入,增强了染料分子骨架的共平面性,使得C3的电荷转移吸收峰发生了 52 nm的红移。但分子骨架共平面性的增强同时加强了染料C3在TiO2膜上的聚集。在模拟太阳光(AM1.5G,100mWcm-2)照射下,基于染料C1-C3构建染料敏化太阳能电池的能源转换效率分别为6.75%、5.40%和 1.85%。
【图文】：

逦湘潭大学硕士论文逦逡逑染料敏化太阳能电池（ＤＳＳＣｓ）的基本器件结构是如图１．２邋（左）所示的“三逡逑明治”结构，它主要是由光阳极、电解液及惰性对电极组成。其中光阳极包括：逡逑氟掺杂的氧化锡（ＦＴＯ）导电玻璃基底和吸附有染料敏化剂的纳米多孔氧化物薄逡逑膜。常用的纳米多孔氧化物是Ｔｉ０２；对电极采用铂电极或镀铂的ＦＴＯ导电玻逡逑璃；常见的电解液有固态、准固态和液态电解液等。逡逑ＤＳＳＣｓ中染料敏化剂的作用类似于植物中的叶绿素，起到吸收太阳光产生逡逑电子的作用。ＤＳＳＣｓ的工作原理如图１．１邋（右）所示：太阳光照射下，附着在Ｔｉ０２逡逑薄膜上的染料分子由基态跃迁到激发态，激发态染料分子产生一个电子转变为氧逡逑化态染料分子，同时电子被快速注入到Ｔｉ０２导带内，，并到达ＦＴＯ导电玻璃。逡逑氧化态染料阳离子被电解质中的ｒ还原成染料分子，而ｒ被氧化成Ｉｆ，实现逡逑了染料的再生。注入Ｔｉ0２导带的电子经外电路流向铂对电极，将ｉ３＿还原成ｒ，逡逑这样就形成了一个完整的电子回路，周而复始，不断进行下去。逡逑

逡逑染料敏化太阳能电池（ＤＳＳＣｓ）的基本器件结构是如图１．２邋（左）所示的“三逡逑明治”结构，它主要是由光阳极、电解液及惰性对电极组成。其中光阳极包括：逡逑氟掺杂的氧化锡（ＦＴＯ）导电玻璃基底和吸附有染料敏化剂的纳米多孔氧化物薄逡逑膜。常用的纳米多孔氧化物是Ｔｉ０２；对电极采用铂电极或镀铂的ＦＴＯ导电玻逡逑璃；常见的电解液有固态、准固态和液态电解液等。逡逑ＤＳＳＣｓ中染料敏化剂的作用类似于植物中的叶绿素，起到吸收太阳光产生逡逑电子的作用。ＤＳＳＣｓ的工作原理如图１．１邋（右）所示：太阳光照射下，附着在Ｔｉ０２逡逑薄膜上的染料分子由基态跃迁到激发态，激发态染料分子产生一个电子转变为氧逡逑化态染料分子，同时电子被快速注入到Ｔｉ０２导带内，并到达ＦＴＯ导电玻璃。逡逑氧化态染料阳离子被电解质中的ｒ还原成染料分子，而ｒ被氧化成Ｉｆ，实现逡逑了染料的再生。注入Ｔｉ0２导带的电子经外电路流向铂对电极，将ｉ３＿还原成ｒ，逡逑这样就形成了一个完整的电子回路
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM615

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈康;冯勇;郑砚文;熊力;文宇;苗雄鹰;;新型光敏剂在肝癌中的应用[J];激光生物学报;2017年02期

2 周传农;;影响生物体内光敏剂运输和结合的立体化学因素[J];中国激光医学杂志;1993年04期

3 韩锐;;诊治癌症的光敏剂—光卟啉的研究[J];医学研究通讯;1987年07期

4 梁宏;王兰岚;陆仲康;宋桂英;徐正平;金秀莲;;利用激光微束照射体外培养HeLa细胞筛选叶绿素衍生物光敏剂[J];光电子.激光;1988年02期

5 王泽时,杨永华,郭勇,吴思恩,齐法琳,赵献光,陈增谦,郑茂峰,孙向东,梁永茂;叶绿素光敏剂诊治恶性肿瘤[J];浙江中医学院学报;1988年04期

6 周如真;马剑文;殷祥生;;新光敏剂PSD-007注射液含量测定方法的研究[J];中国药学杂志;1989年08期

7 井户健一 ,贾刚田;光敏剂的研究与开发动向[J];国外医学(物理医学与康复学分册);1989年02期

8 陈锦灿;陈卓;林华建;黄明东;;酞菁光敏剂抗菌效果的实验研究[J];福建医药杂志;2016年05期

9 王捷;何勇;聂俊;;阳离子光敏剂的研究进展[J];信息记录材料;2012年06期

10 王泽时;;叶绿素光敏剂诊治恶性肿瘤(附102例报告)[J];浙江肿瘤通讯;1990年01期

相关会议论文 前10条

1 刘仲荣;杨慧兰;;光敏剂的研究进展[A];美丽人生 和谐世界——中华医学会第七次全国医学美学与美容学术年会、中华医学会医学美学与美容学分会20周年庆典暨第三届两岸四地美容医学学术论坛论文汇编[C];2010年

2 靳洪涛;刘汉清;魏金峰;王爱平;;光敏剂研发进展与评价实践[A];2015年（第五届）药物毒理学年会论文集[C];2015年

3 李永;张妙芬;郑碧远;黄剑东;;白蛋白-量子点-酞菁光敏剂三元复合物的构建和生物活性[A];第六届全国化学生物学学术会议论文摘要集[C];2009年

4 黄剑东;陈耐生;黄金陵;;医用光敏剂的研究进展[A];2000'全国光催化学术会议论文集[C];2000年

5 候焕知;孙鹏飞;范曲立;黄维;;分子刷型共轭聚合物光敏剂的制备及其对HepG2细胞的靶向光动力治疗[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十一分会：π-共轭材料[C];2016年

6 许曾平;孟帅;赵占娟;刘天军;;新型氨基酸卟啉类光敏剂的抗菌活性研究[A];天津市生物医学工程学会第三十四届学术年会论文集[C];2014年

7 胡萍;黄明东;陈卓;;不同正电荷数目的酞菁光敏剂的抗菌作用比较研究[A];中国化学会第四届卟啉与酞菁学术研讨会论文集[C];2017年

8 宋心凯;杨希川;蔡斌;邓子健;;傒类光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用[A];第五届新型太阳能电池学术研讨会摘要集（纳晶敏化太阳能电池篇）[C];2018年

9 李航;;光敏剂和光动力治疗在皮肤肿瘤诊治中的应用[A];中华医学会第十五次全国皮肤性病学术会议论文集[C];2009年

10 杜秀红;胡琴;段炼;陈彰评;;新型PDT卟啉类光敏剂的合成及其生物活性研究[A];中国化学会第四届有机化学学术会议论文集[C];2005年

相关重要报纸文章 前4条

1 特约通讯员 唐海涛;全球光敏剂新药巡礼[N];医药经济报;2007年

2 记者 谈洁;南大本科生在《自然》子刊发表论文[N];南京日报;2015年

3 特约通讯员 唐海涛;突破瓶颈 新药蓄势待发[N];医药经济报;2007年

4 蔡忠仁;福建物构所开发3项创新成果[N];中国化工报;2006年

相关博士学位论文 前10条

1 郑科;靶向蛋白与药物复合物的制备及功能研究[D];福州大学;2015年

2 戴维德;细胞光敏损伤位点的实验研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2004年

3 姚建忠;新型二氢卟吩类光敏剂及环六脂肽类抗真菌药物的研究[D];第二军医大学;2004年

4 李晓松;应用荧光光谱技术对光动力学治疗过程中光敏剂含量的监测[D];中国人民解放军军医进修学院;2007年

5 黄焱;新型生物靶向光敏剂酞菁锌介导的光动力疗法治疗CNV体内外实验研究[D];山东大学;2007年

6 李士锋;以羟基为吸附基团的光敏剂及芳胺类空穴传输材料应用于染料敏化太阳能电池的研究[D];大连理工大学;2012年

7 郭向威;多酸基无机光敏剂在p-型染料敏化太阳能电池领域的应用[D];东北师范大学;2017年

8 刘婧;杂合离子液体电解质、硅卟啉及吩VA嗪光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用[D];大连理工大学;2013年

9 孟帅;卟啉光敏剂的合成、生物活性筛选与构效关系研究[D];北京协和医学院;2014年

10 洪阁;用于肿瘤光动力疗法的新型水溶性光敏剂的研究[D];北京协和医学院;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 田木华;不同浓度溴化镁酞菁光敏剂与红细胞损伤的相关性研究[D];福建医科大学;2017年

2 曹群芳;噻吩并咔唑稠环基有机光敏剂的合成及其光伏性能研究[D];湘潭大学;2018年

3 张利明;双功能化光敏剂的设计合成及应用[D];苏州大学;2018年

4 颜子凌;Bodipy纳米光敏剂的设计合成及其在抗肿瘤方面的应用[D];苏州大学;2018年

5 李丽;新型光敏剂左卟吩钠的理化属性分析及抗肿瘤机制研究[D];陕西师范大学;2017年

6 檀邹;玫瑰红介导的血管靶向光动力疗法光敏剂剂量优化研究[D];福建师范大学;2017年

7 叶舒岳;BODIPY类光敏剂的设计合成及其抗肿瘤活性研究[D];苏州大学;2017年

8 王琦;13~1-二氰亚甲基焦脱镁的合成及PDT抗肿瘤活性[D];哈尔滨师范大学;2017年

9 程建军;多功能磁性Fe_3O_4复合荧光光敏剂的制备及其PDT抗癌活性的研究[D];哈尔滨师范大学;2017年

10 刘忠涛;纳米氧化硅空心球负载光敏剂对肝癌杀伤作用的体内外研究[D];中南大学;2014年

本文编号：2608313