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《大连理工大学》 2011年
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应用于染料敏化太阳能电池芳胺类染料的设计与合成

杨翠翠  
【摘要】:以煤炭、石油、天然气等为主的传统能源即将消耗殆尽,与此同时,由于这些传统能源的大量使用,导致环境污染越来越严重,极端气候频繁发生,因此开发利用新能源迫在眉睫。太阳能因其清洁而又不受地域限制等优点而备受关注。在太阳能利用的众多方式中,染料敏化太阳能电池因其制备工艺简单、制作成本低等优点,引起了科研工作者的广泛兴趣。光敏染料是染料敏化太阳能电池的核心部分,它是影响光电转换效率的决定性因素之一。光敏染料捕获太阳光之后转变为激发态,处于激发态的染料能将电子转移到半导体的导带中,同时激发态染料变为氧化态,能从电解质中迅速得到电子,还原为染料基态,完成循环。纯有机染料因其结构设计灵活,易于制备等优点逐渐成为贵金属光敏染料的替代品,成为近年来的研究热点。 本论文共设计合成了8个纯有机光敏染料,利用核磁共振氢谱、质谱对他们进行了结构表征,并测试了染料的光物理、电化学性质,以及染料应用于太阳能电池方面的光电性能。同时,本论文对染料的结构进行了密度泛函的理论计算,从理论上对染料进行了研究。 光敏染料的经典设计结构为供电子基团-共轭桥键-吸电子基团,即D-π-A结构。本论文对上述经典结构进行了拓展,设计了一种新的D-π-A-A结构,即在经典结构的基础上又引入了一个吸电基团,希望拓宽染料的吸收光谱范围减少暗电流的生成。论文还设计合成了一类苊并吡嗪类染料,通过他们主要讨论了二苯胺与三苯胺作为供电基团,对两者之间供电能力进行比较。 结果表明,在D-π-A-A型染料中,由于新引入的吸电基团与原有的共轭结构存在一定的扭转,共轭平面并没有得到很好的拓展,所以吸收光谱几乎没有拓宽。在这一类染料中,它们的效率都不高,但是随着新引入吸电基团吸电性的增强,染料的分子的光电流有了明显的提高,效率随之增加,这说明D-π-A-A的设计思想是可行的,可以减少暗电流的生成。在苊并吡嗪类染料中,供电基三苯胺相比于二苯胺虽然多一个共轭苯环,拓展了共轭体系,但是它使得分子共轭平面发生了扭转,电子并没有得到很好的传递,供电能力比二苯胺稍弱。通过对染料的结构进行密度泛函理论计算,证明染料分子受到激发后确实能够实现很好的分子内电荷分离。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM914.4

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【参考文献】
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