三苯胺类染料敏化剂的设计与合成

发布时间：2017-10-05 02:28

  本文关键词：三苯胺类染料敏化剂的设计与合成

  更多相关文章： 三苯胺类化合物 染料敏化剂 设计 合成

【摘要】：太阳能的开发为解决世界能源问题提供了新途径,而降低光伏电池的成本是高效开发太阳能的有力措施。染料敏化太阳能电池(DSSCs)能很好的达到这一要求,但目前的染料敏化太阳能电池的效率还需要进一步提高。本文以提高太阳能电池染料敏化剂的光电转化率为目的设计合成了两个系列的三苯胺类有机染料敏化剂,研究了其光、电等物理、化学性质。第一章介绍了钌染料、酞菁、卟啉等染料参与的共敏化太阳能电池的研究进展。介绍了染料敏化太阳能电池和共敏化太阳能电池的电流产生机理及影响电池效率的因素;总结了已有的染料敏化剂的设计思路。第二章详细介绍了有机染料敏化剂的设计思路。基于电池组件的能级分布,提出了拟合成的作为有机染料敏化剂的化合物应达到的HOMO、LUMO能级和和能带范围。在此基础上设计了几个系列有机化合物,利用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平上对产物进行了量子化学计算,计算是在Guassian 09程序包上完成。对所计算的HOMO能级和LUMO能级进行了详细的讨论。第三章对第二章设计的化合物进行了合成,得到了一系列基于三苯胺骨架的新型星射状有机染料并对其构效关系进行了讨论。结果表明:连接了两个二苯胺的三苯胺类衍生物具有很好的光化学性质,但其HOMO/LUMO能级不符合有机染料的设计标准。而只连接了一个二苯胺基团的三苯胺类衍生物尽管具有非平面结构和合适的HOMO/LUMO能级,但它们的低熔点和较差的荧光性质使其不具有应用到染料敏化太阳能电池中的潜力。要想将其开发为性能优良的新型有机染料敏化剂,还要对其进行进一步的结构优化和修饰。第四章将芳亚甲基丙二腈、芳亚甲基氰基乙酸、1-吲哚或异氟尔酮等吸电子基引入供电子的三苯胺骨架,得到了新型的星射状D-D-π-A型三苯胺类染料,并对其光化学性质和电化学性质进行了讨论。结果表明:吸电子基的引入使得电子流动更具有方向性、更顺畅,使得产物比简单的D-π-A结构具有更好的光电性能,紫外吸收光谱发生了红移,摩尔吸光系数更高,热稳定性更好,可望开发为性能优良的太阳能电池染料敏化剂。第五章将产物制作成器件,组装了太阳能电池,并对其中一些染料进行了性能测试。结果表明:三个化合物具有很好的光电转化率。说明这种基于设计和计算指导下的染料分子的合成目的性和可操作性较强,结果令人满意。第六章,我们对文章进行了总结。
【关键词】：三苯胺类化合物 染料敏化剂 设计 合成
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-19
• 1 绪论19-35
• 1.1 共敏化太阳能电池的结构和工作原理19-33
• 1.2 课题的提出33-35
• 2 基于DFT理论计算的染料分子设计35-45
• 2.1 高斯软件介绍35
• 2.2 三苯胺类有机染料的优势35-36
• 2.3 三苯胺类有机染料的设计思路36-45
• 3 二苯胺偶联三苯胺D-D-π-A型染料的合成与表征45-59
• 3.1 引言45
• 3.2 实验试剂及仪器45-46
• 3.3 目标化合物及合成路线46-47
• 3.4 化合物的合成与表征47-52
• 3.5 结果与讨论52-59
• 4 吲哚偶联三苯胺D-D-π-A型染料的合成与表征59-77
• 4.1 引言59
• 4.2 实验试剂及仪器59-60
• 4.3 目标化合物及合成路线60-61
• 4.4 化合物的合成与表征61-68
• 4.5 结果讨论68-77
• 5 器件制作及其光电转化率77-81
• 5.1 电池性能的测试77-79
• 5.2 共敏化电池性能的测试79-81
• 6 结论81-83
• 参考文献83-95
• 附图95-111
• 作者简历111-113
• 学位论文数据集113

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 乔大勇,孙磊,苑伟政;纯有机染料共敏化纳米晶太阳能电池的性能研究[J];感光科学与光化学;2005年05期

2 ;Photocatalytic degradation of rhodamine B by dye-sensitized TiO_2 under visible-light irradiation[J];Science China(Chemistry);2011年01期

，

本文编号：974277