香豆素衍生的染料敏化太阳能电池光敏剂的研究

摘要

染料敏化太阳能电池(DSSC)是利用染料敏化剂分子吸收太阳光来把太阳能转化成电能的一种新型太阳能电池，其中染料敏化剂起到吸收太阳光并将电子注入到二氧化钛TiO2导带的作用，是DSSC最重要的组成部分，对DSSC的光电转换效率具有决定性的作用。纯有机光敏染料具有结构多样、易于合成与优化、成本低、效率高等诸多优点，近几年来得到了很快的发展。
　　 本论文主要在香豆素结构基础上设计合成了一系列纯有机染料敏化剂。并利用IR、1HNMR、13CNMR、MS对化合物的结构进行表征。
　　 研究了光敏染料在不同极性溶剂中和在TiO2电极上的光物理性质。结果显示:光敏染料在不同溶剂中的紫外-可见吸收光谱趋势很相似，都分别有230nm-320nm和330nm-530nm两个吸收带，其最大吸收波长遵循规律:λmax(DCM)＞λmax(CH3CN)＞λmax(DMF);光敏染料在TiO2膜上的紫外-可见吸收光谱在200nm-400nm和400nm-800nm范围内都有较好的吸收，较在溶剂中有一定程度的红移。染料在可见光区吸收波普范围宽且吸收强度大，有利于提高染料对太阳光的利用率，从而提高电池的光电效率。
　　 研究了光敏染料的电化学性质，根据染料在乙腈溶剂中测得的循环伏安曲线得出染料的HOMO和LUMO能级值，其中染料的LUMO能级远低于TiO2的导带能级，染料的HOMO能级高于I-/I3(-)的氧化还原能级，说明这系列染料从电位角度能满足作为DSSC光敏染料的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 DSSC的结构及工作机理

1．3．染料敏化剂在染料敏化太阳能电池中的作用

1．4 纯有机光敏染料的研究现状

1．4．1 香豆素类光敏染料

1．4．2 三苯胺类光敏染料

1．4．3．芴类染料光敏染料

1．4．4 吲哚类染料光敏染料

1．4．5 咔唑类染料光敏染料

1．4．6 菁类染料光敏染料

1．4．7 四氢喹啉类染料光敏染料

1．4．8 苝类染料光敏染料

1．4．9 多烯类染料光敏染料

1．5 选题依据及主要工作

第2章 结果与讨论

2．1 光敏染料的合成

2．1．1 含有苯基取代的香豆素衍生的光敏染料的合成

2．1．2 含有噻吩基取代的香豆紊衍生的光敏染料的合成

2．2 图谱解析

2．3 光敏染料在电极上的吸附性能

2．4 光敏染料的紫外-可见吸收光谱

2．4．1 光敏染料在不同溶剂溶中的紫外-可见光谱

2．4．2 光敏染料吸附电极的紫外光谱

2．5 光敏染料的荧光发射光谱

2．6 光敏染料的电化学性能

第3章 实验部分

3．1 主要原料及仪器

3．1．1 原料及规格

3．1．2 实验仪器及设备

3．2 含有苯基取代的香豆素衍生的光敏染料的合成

3．3 含有噻吩取代的香豆素衍生的光敏染料的合成

3．3．1 路线1

3．3．2 路线2

3．3．3 路线3

3．4 光敏染料在电极上吸附

3．5 光敏染料的性能测试

3．5．1 光敏染料的紫外-可见吸收光谱的测定

3．5．2 光敏染料的荧光发射光谱的测定

3．5．3 光敏染料的电化学性能的测定

第4章 总结与展望

附1 化合物表征数据一览表

附2 本文合成新化合物结构一览表

参考文献

攻读学位期间发表的学位论文

致谢