非对称型三聚茚基三芳胺光敏剂的合成及光伏性能研究

摘要

随着能源和环境问题的日益凸显，太阳能的开发利用具有重要意义。染料敏化太阳能电池能够直接将光能转化为电能，并且具有低成本和高效率的优点，受到越来越多研究者的青睐。
　　D–π–A型的纯有机染料与钴配合物电解质的有效结合为染料敏化太阳能电池的发展带来了一个新的机遇。因此，本论文设计合成了系列三聚茚三芳胺有机染料（M36-M39），并研究它们的光物理、电化学性质，以及基于钴基电解质的光伏性能。主要结论如下：
　　1.有机染料的传统合成方法是将供电基团与π-共轭桥进行偶联，然而，该方法不适合于本论文所设计的系列染料。本文采用一种新的合成策略，即胺基三聚茚先与π-共轭桥进行偶联得到亚胺，最后再与另一部分供电单元偶联。实验表明，该方法收率较高且较易分离提纯。
　　2.染料M36和M37在波长540-560 nm左右都呈现出明显的吸收峰，并且具有较高的摩尔吸光系数。这表明，以三聚茚三芳胺作为染料的电子给体，其具有非常强的供电性能，能够拓宽染料的吸收谱带，增强对光的吸收。
　　3.引入不同的供电基团，能够对染料的能级产生较大影响，从而影响染料的再生及电池的光伏性能，这说明通过分子设计可以有效提高三聚茚基三芳胺光敏染料的光电转换效率。
　　4.基于电化学交流阻抗以及强度调控光电压谱测试，我们研究了三价钴络合物在二氧化钛/染料界面的复合动力学。结果显示，基于M36敏化的太阳能电池，钴(III)离子可以表现出电子反马尔库斯复合动力学行为，而基于M37敏化的太阳能电池只观察到正马尔库斯电子复合行为。这表明不同的染料对电池TiO2/染料/电解质界面之间的电子复合具有较大影响。受益于反马尔库斯行为，染料M36表现出了与[Co(phen)3]3+/2+氧化还原电对很好的兼容性，标准模拟太阳光照射下（AM1.5），光电转化效率高达9.58％。
　　本文还设计并合成了另外两种三芳胺系列染料M38和M39。由于时间关系本论文只完成了这两种染料的合成部分。

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引言

第一章 文献综述

1.1 染料敏化太阳能电池（DSSCs）的研究概况

1.2 染料敏化太阳能电池（DSSCs）的结构和工作原理

1.2.1 DSSCs的结构

1.2.2 DSSCs的工作原理

1.3 DSSC性能的主要评价指标

1.3.1 DSSCs的电流-电压曲线

1.3.2入射单色光光电转换效率（IPCE）

1.4 电解质的研究进展

1.4.1 液态电解质

1.4.2 准固态电解质

1.4.3 全固态电解质

1.5 敏化染料

1.5.1 钌基染料与卟啉类染料

1.5.2 天然有机染料

1.5.3 纯合成有机染料

1.6 论文研究内容

第二章 染料的合成

2.1 主要原料、试剂及仪器设备

2.2试剂的纯化

2.3 目标染料的合成

2.3.1 主要中间体及目标染料的合成步骤

2.3.2 染料的具体合成步骤及主要产物表征

2.4 本章小结

第三章DSSCs的制备、测试及结果讨论

3.1 DSSCs的制备

3.1.1 浆料与散射层的制备

3.1.2染料敏化太阳能电池的制备

3.2 染料的光物理、电化学及电池性能测试

3.3 结果讨论

3.3.1 染料的光物理和电化学性质

3.3.2 电池的光伏性能

3.3.3 TiO2薄膜表面电子与钴(III)络合物的复合

3.3.4 DSSCs的稳定性测试

3.4 本章小结

第四章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢