含噻吩的光电转换有机功能半导体的合成与表征

论文摘要

金属钌配合物染料在染料敏化太阳能电池中已经取得了超过11%的转换效率,但是由于其成本较高,会对环境造成污染,因此不能大规模应用。而纯有机染料由于具有高摩尔消光系数、低成本等优点,有望应用到染料敏化太阳能电池中,成为目前研究的重点和热点,代表了今后染料的发展方向。参照染料敏化太阳能电池对染料的要求以及最新的发展趋势,我们设计出了具有D-π-A结构的纯有机染料C201和C203,并且通过Suzuki Coupling、Vilsmeier-Haak反应和Knoevenagel Condensation反应合成所设计的染料,并利用紫外吸收、方波伏安、核磁等测试手段对其结构及性能进行了表征与测试。结果表明,这两种染料具有高摩尔消光系数,合适的氧化还原电位。标准模拟太阳光下进行测试,在以1.0 mol/L DMⅡ,30 mmol/L I2,0.1 mol/LGNCS,0.5 mol/L TBPY作电解质的器件中C201和C203分别获得了7.8%、8.0%的电池效率,在以DMⅡ/EMⅡ/EMITCB/I2,NBB/GNCS（12/12/16/1.67/3.33/0.67）作电解质的器件中均获得了7.0%的转换效率。经过1000h测试,器件各项参数几乎不变,染料显示了良好的热稳定性、光稳定性。在全固态器件中,C201获得了4.7%的电池效率,这是纯有机染料在全固态电池中取得的较高效率。C203分子中的并三噻吩结构,使其在以乙腈体系做电解质的器件中,溶剂化效应较小,在器件中有良好的稳定性,不容易脱附。此外,为了研究D-π-A结构的纯有机染料中给电子体（D）对吸收光谱的影响,我们设计并合成出了染料C202和C206。将C201、C202和C206的紫外吸收光谱进行比较,结果表明,在给电子体上引入强推电子基团,可以有效的促使染料的吸收光谱红移,而电子给体上的支链对吸收光谱几乎不产生任何影响,仅仅能增大染料分子的溶解性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能电池概述
• 1.2 染料敏化太阳能电池（DSC）的研究进展
• 1.3 染料敏化太阳能电池的结构与原理
• 1.4 染料敏化纳米晶太阳能的优点
• 1.5 影响DSC性能的因素
• 2膜'>1.5.1 纳米TiO₂膜
• 1.5.2 光敏染料
• 1.5.3 电解质
• 1.5.4 对Pt电极
• 1.6 光敏染料概述
• 1.7 论文的研究目的意义以及主要研究内容
• 第2章 测试仪器及化学原料试剂
• 2.1 实验测试仪器
• 2.2 测试仪器的简介
• 2.2.1 核磁共振谱仪
• 2.2.2 紫外-可见分光光度计
• 2.2.3 电化学工作站
• 2.3 原料及试剂的处理
• 2.3.1 原料的预处理
• 2.3.2 试剂的预处理
• 2.4 本章小结
• 第3章 光敏染料C201的合成
• 3.1 引言
• 3.2 原料及中间体的合成
• 3.2.1 并二噻吩-2-硼酸的合成
• 3.2.2 N，N-二（9，9-二甲基芴-2-基）-4-溴苯胺的合成
• 3）₄的合成'>3.2.3 催化剂Pd（PPh₃）₄的合成
• 3.3 光电转换功能半导体—染料的合成与表征
• 3.3.1 C201的合成
• 3.3.2 染料性能的表征
• 3.4 本章小结
• 第4章 光敏染料C203的合成
• 4.1 引言
• 4.2 原料及中间体的合成
• 4.3 光电转换功能半导体—染料的合成
• 4.3.1 C203的合成
• 4.3.2 染料性能的表征
• 4.4 本章小结
• 第5章 光敏染料C202、C206的合成
• 5.1 引言
• 5.2 原料及中间体的合成
• 5.2.1 N，N-二（4-甲氧基苯基）-4-溴苯胺的合成
• 5.5.2 N，N-二（4-己氧基苯基）-4-溴苯胺的合成
• 5.3 光电转换功能半导体—染料的合成
• 5.3.1 C202的合成
• 5.3.2 C206的合成
• 5.4 染料性能的表征
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢