含噻吩类共轭桥结构染料分子的设计合成及其光伏性能研究-药物化学专业论文.docxVIP

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 成撰写过的研究成果，也不包含为获得天津理工大学 或其他教育机构的 学位成证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均巳 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名:习和兔 签字日期 :υ!阳工月 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规 定。特授权天津理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，并采用影印、缩印成扫描等复制手段保存、汇编，以供资阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。 (保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 :t、艺由 导师签名:有何 签字日期 :νI(年 1月1，1日 签字日期 : "tIll 年 b月 117 日 摘要 太阳能作为一种洁净、方便的能源越来越被各国高度重视，许多回家纷纷投入巨额资金对 太阳能资源进行开发利用。近年来，染料敏化太阳能电池由于其可大面积制备和生产的低成本， 以及其分子水平上的可设计性而受到全世界研究者的关注。染料敏化剂作 DSSC 的核心部分， 是其获得高光电转换效率的重要因素。 本论文通过 Vi1smeier-Haack 反应、澳化等 9 步反应合成了中间体环戊工唾吩共辄桥，与 传统共辄桥相比，该桥具有刚性环戊工嚓吩结构，从而磁免了有机染料在分子内的翻转，防止 染料聚集。通过 Suzuki 偶联反应合成了四个染料中间体，进一步句银基乙酸反应，引入吸电 子基因，最终设计合成了四种 D哨-A 型结构的非金属有机染料敏化剂。这四种染料被分为两 类:…类是下氧基与苯服这样的小基因，作为供电基因，它们能够在工氧化铁薄膜上规则排列， 并且结构简单，空间位阻小，这样的结构有利于提高单位面积的染料吸附数量，另一类是用复 杂芳版类基团作为供电基，从而提高始电子能力，提高光电转换效率。此外，利用红外、质谱、 核磁对合成化合物的结构进行了表征，并对其电化学性能、光谱性质及组装成染料敏化太阳能 电池 (DSSC) 的光电转换性能进行了研究。 所合成的四种新型染料分子大部分都在可见光区特别是 400-550 nm 的范围内具有较强吸 收，并且有较高的摩尔消光系数，表明其具有良好的光捕获能力。通过对染料进行电化学性能 测试，得出染料 SY-1--4 的基态和激发态氧化还原电位同时符合染料激发态电子注入 Ti(h导 带和染料还原再生的热力学要求。 当染料制备成 DSSC 并进行测试时，发现染料敏化剂的结构变化对 DSSC 性能有很大影响。 通过与 U的比较，本文设计合成的新型共辄桥结构体现了优秀的性能， Ll 的短路电流密度(Jsc) 为 6.18 mA cm-2，开路电压(Voc)为 7ωmV，填充因子即为0.73 ，总的光电转换效事为4.1 1%， 而 SY2 染料组装的太阳能电池展现出了优良的性能，其短路电流密度(J sc)为 11.83 mA cm-2，开 路电压(Voc)为 666mV，填充因子FF 为 0.71 ，总的光电转换效率为5.64% ，SY2 的电流密度比 Ll 提升了了 3.8%，说明本文设计合成的环戊二曝盼环性能优越，其刚性平面磁免了有机染料 在分子内的翻转，成功的阻止了染料的聚集，这对今后染料的设计与合成提供了新的思路与方 向。 SY-3、 SY-4的光电转换效率较低，分别为 2.1%、2.2% ，而SY-3 具有较差的供电性，但 从染料的光谱特性得知，其与 SY-4 比较具有优秀的光捕获能力，但转化效率却没有明显的提 升，说明，尽管其有很好的光捕获能力，但供电性能不足。可能是由于其空间位阻较小，产生 了电子复合作用，从而使光电转换效率降低，这有助于为今后染料的设计与合成提供新的思路， 引辱我们增大分子空间位阻，防止复合作用。 关键词:染料敏化太阳能电地:光伏:有机染料:坏戊二嘛吩:同 IJ 性结构;总光电转换效事 Abstract 叽le Solar en町gyhωbeen paid more and more attention 础 a clean and convenient energy.many_ countries have invested heavily in the development and utilization of solar energy resourcω. In recent years，dye-sensitized sol町 cells has cal1ed the attention of resear