锌卟啉配位聚合物有序双层自组装超分子染料敏化太阳能电池

摘要

卟啉及其衍生物在可见光区有很强的光吸收能力、其光电性质可以通过轻易地调节分子结构来进行调控，并且有很高的光化学和电化学稳定性，这些显著的优势使得卟啉类化合物成为染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells,DSSCs)中最具发展前景的染料之一。
　　本文中我们设计合成了一个具有酰腙Schiff碱结构的锌卟啉配体与不同金属离子(Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+and Zn2+)的配位聚合物，这些卟啉配位聚合物通过与锚钉卟啉分子的轴向配位自组装作用结合在二氧化钛电极表面来构筑双层结构的超分子染料，然后将敏化后的二氧化钛电极制成电池器件并研究了卟啉配位聚合物中不同配位金属对于染料光电性能的影响。
　　通过FT-IR,SEM-EDS能谱、UV-vis光谱、荧光光谱研究了这种双层自组装超分子染料在二氧化钛表面自组装形式及其光物理性质，使用电化学阻抗谱(EIS)、电荷提取(CE)和瞬态光电压衰减(TPD)技术研究了这种超分子染料在二氧化钛表面的光激发和电子注入过程。
　　结果表明，使用卟啉配位聚合物的自组装超分子染料具有较宽的光谱响应和光捕获能力，能够显著提高电池的光电流，这是引起电池光电转化效率提高的主要因素。其中卟啉配位聚合物中的配位金属离子对于染料的光吸收及电子注入有重要影响，使用金属Zn和Mn作为配位金属的超分子染料制备的电池显示出较高的短路电流密度。
　　同时，双层自组装超分子染料制备的电池与单分子锚钉卟啉组装的电池器件相比显示出轻微的光电压下降，电化学阻抗谱(EIS)、电荷提取(CE)和瞬态光电压衰减(TPD)测试表明基于双层自组装超分子染料的电池器件光电压的下降是由于二氧化钛/染料/电解液界面发生的严重的电子复合过程(降低了电子寿命)和二氧化钛导带能级的下降。

目录

声明

西北师范大学研究生学位论文作者信息

第一章 绪论

1.1 引言

1.2染料敏化太阳能电池的结构及其工作原理

1.3用于染料敏化太阳能电池的染料分子

1.4 卟啉轴向配位自组装体在染料敏化太阳能电池中的应用

1.5 本课题选题依据及内容

第二章 相关化合物合成与表征

2.1 引言

2.2 试剂与仪器

2.3酰腙锌卟啉配位聚合物的合成

2.4 锚钉卟啉分子的合成

2.5 本章小结

第三章 锌卟啉配位聚合物自组装染料敏化太阳能电池的组装、表征及性能测试

3.1 引言

3.2电池组装及制备

3.3 二氧化钛敏化电极的结构表征与分析

3.4 卟啉配位聚合物自组装超分子染料敏化TiO2电极的光物理性质

3.5 电池光电性能测试

3.6电化学阻抗谱 (EIS) 测试

3.7电荷提取 (CE) 和瞬态光电压衰减 (TPD) 测试

3.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢