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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:趙泓宇
研究生(外文):Hong-Yu Chao
論文名稱:含非共軛電子隔板之染料在染料敏化太陽能電池上之應用
論文名稱(外文):A new type of dyes carrying non-conjugated spacer for DSSC applications
指導教授:周大新
指導教授(外文):Tahsin J. Chow, Ph. D
口試委員:劉陵崗楊吉水
口試日期:2010-11-17
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:化學研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:非共軛雙鍵π軌域電子未定域化電子隔板配位基光電子轉換效率
外文關鍵詞:Norbornadienenon-conjugated double bondsπ orbitalselectron delocalizationspacerligandsolar energy to electricity conversion efficiency
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Norbornadiene結構具有兩組相近但非共軛的雙鍵。雙鍵的π軌域彼此在空間上產生重疊造成激發態電子可在兩個雙鍵之間未定域化。藉由Norbornadiene的性質,我們合成了含非共軛電子隔板的光敏化太陽能電池染料。其上有電子受體、非共軛電子隔板、以及由芳香鹼形成的配位基螯合金屬構成電子予體。目前在其中一個染料的元件測量上可以達到0.14%的光電子轉換效率(η),其開路電壓(Voc)0.48電子伏特,閉路電流(Isc)0.47(mA/cm2),填充因子(fill factor) 0.62。

Norbornadiene possess two non-conjugated double bonds, the π orbitals overlaping through space. In the excited state, an electron is delocalized between these two double bonds. Based on the properties of norbornadiene, we have synthesized a dye carrying a non-conjugated spacer for DSSC application. The components of designed dye include an accepter, a spacer and a donor, with a 3,6-bis(2’-pyridyl)pyridazine skeleton to chelate a varity of metals. Subsequently, we have applied the dye on DSSC device fabrication. Regarding the performance of the cell, the solar energy to electricity conversion efficiency (η) is 0.14% [Voc 4.8 V, Isc 0.47 (mA/cm2), fill factor 0.62].

中文摘要 III
英文摘要 IV
目錄 V
表目錄 VII
圖目錄 VIII

第一章 緒論
1.1 前言 1
1.2 綠色能源 1
1.3 染料敏化太陽能電池 3
1.4 3,6 bis-pyrial pyridazine 衍生物與過渡金屬形成的錯合 物 4
1.5 3,6 bis-pyrial pyridazine配位基與釕二價金屬的錯合物 6
第二章 分子的設計與合成
2.1 結構設計 8
2.1.1 Norbornadiene作為電子隔板 8
2.1.2 穩定的norbornadiene結構 9
2.1.3 含benzonorbornadiene結構的電子隔板 10
2.1.4 電子受體 14
2.2 配位基的合成 15
2.3 錯合物的合成 16
2.3.1 配位金屬 16
2.3.2 共配位基 17
2.3.3 含苯酸拉電子基的錯合物 19
2.3.4 含氰乙酸拉電子基的錯合物 23
第三章 結果與討論
3.1 含苯甲酸拉電子基的錯合物 25
3.1.1 氧化還原性質 25
3.1.2 光物理性質 26
3.1.3 元件性質 30
3.2 含氰乙酸電子基的錯合物 29
3.2.1 氧化還原性質 29
3.2.2 光物理性質 30
3.3 討論 31
3.4 結論 35
第四章 實驗部份

4.1 一般敘述 36
4.2 苯環上的親電子取代反應 38
4.3 苯炔的 Diels-Alder反應 39
4.4 電性反轉與親核取代 40
4.5 Diels-Alder反應、Diels-Alder的逆反應與氧化反應 41
4.6 縮合反應 42
4.7 醛基氧化成酸基 43
4.8 含苯甲酸拉電子基的錯合物 44
4.9 含氰乙酸拉電子基的錯合物 45
4.10 元件的置備與測量 46
參考文獻 48
附錄 4-bromobenzonorbornadiene的NMR光譜 50
4-aldehyl-benzonorbornadiene的NMR光譜 52
4-bromobenzonorbornadiene 衍生的配位基的NMR光譜 55
4-aldehyi-benzonorbornadiene衍生的配位基的NMR光譜 56
含苯甲酸拉電子基的配位基的NMR光譜 59
含氰乙酸拉電子基的配位基的NMR光譜 62
含苯甲酸拉電子基的錯合物的NMR光譜 65
含氰乙酸拉電子基的錯合物的NMR光譜 69
4-bromobenzonorbornadiene的質譜 74
4-aldehyl-benzonorbornadiene的質譜 75
4-aldehyl-benzonorbornadiene衍生的配位基的質譜 76
含苯甲酸拉電子基的配位基的質譜 77
含氰乙酸拉電子基的配位基的質譜 78
含苯甲酸拉電子基的錯合物的質譜 79
含氰乙酸拉電子基的錯合物的質譜 81
表目錄
表1-5 電子給體結構的氧化還原性質 7
表3-3-2 染料的氧化還原暨物理光譜性質 32
表3-3-1 染料的元件性質 32
圖目錄
圖1.2.1 太陽熱發電裝置solar dish 2
圖1.2.2 光伏打太陽能電池模型 3
圖1.3.1 染料敏化太陽能電池的運作模型 4
圖1.4.1 3,6-bis (2-pyridyl) pyridazine 的結構衍生物與一當量的Pd, Pt試劑形成LPtCl2 , LPtCl2 錯合物。 5
圖1.4.2 3,6-bis (2-pyridyl) pyridazine 的結構衍生物與一當量的Pd與兩當量的Pd試劑形成單金屬配位與雙金屬配位的錯合物。 5
圖1.5.1 光電子給體((dppn)Ru(bpy)22+)的結構暨包含電子轉移的能階圖 6
圖1.5.2 光電子給體((dppn)Ru(bpy)22+)的吸收暨放射光譜 7
圖2.1.1 理想中含norbornadiene電子隔板的敏化染料在元件上的運作模型 8
圖2.1.2.1 Norbornadiene照光,行二加二環加成 9
圖2.1.2.2 將norbornadiene上的一組雙鍵置換成芳香環 10
圖2.1.3.1 一張未知物的NMR光譜 11
圖2.1.3.2 上述未知物的NMR訊號分析 12
圖2.1.3.3 4-bromobenzonorbornadiene與s-tetrazine進行Diels-Alder反應與Diels-Alder逆反應再與quinone進行氧還原化反應的反應式暨產物 12
圖2.1.3.4 4-bromobenzonorbornadiene與s-tetrazine進行Diels-Alder反應與Diels-Alder逆反應再與quinone進行氧還原化反應的機制 13
圖2.1.3.5 電子隔板的設計 13
圖2.1.4.1 含苯甲酸拉電子基的配位基的化學結構 14
圖2.1.4.2 含氰乙酸拉電子基的配位基的化學結構 14
圖2.2.1 含苯甲酸拉電子基的配位基的合成 15
圖2.2.2 含氰乙酸拉電子基的配位基的合成 16
圖2.3.1.1 3, 6 – bis (2'' -pyridyl) pyridazine 的結構式 16
圖2.3.1.2 適合bppn衍生物作太陽能電池染料研究的金屬 17
圖2.3.2.1 適合釕金屬錯合物敏化染料的配位基 17
圖2.3.3.1 含苯酸拉電子基的錯合物的合成 19
圖2.3.3.2 含苯酸拉電子基錯合物氫的核磁共振光譜的異構物訊號暨報導過的相似異構物模型 20
圖2.3.3.3 含苯酸拉電子基錯合物的碳核磁共振光譜異構物 20
圖2.3.3.4 含苯酸拉電子基的配位基鏡像異構物的來源 22
圖2.3.3.5 含苯酸拉電子基的錯合物的異構物 22
圖2.3.4.1 含氰乙酸拉電子基的錯合物的合成 23
圖2.3.4.2 含氰乙酸拉電子基錯合物的氫核磁共振光譜異構物 24
圖2.3.4.3 含氰乙酸拉電子基的錯合物的異構物 24
圖3.1.1.1 強調電子予體與電子受體非共軛的著色圖 25
圖3.1.1.2 含苯酸拉電子基的錯合物的C-V圖 26
圖3.1.2.1 含苯酸拉電子基的錯合物的吸收光譜 27
圖3.1.2.2 含苯酸拉電子基錯合物的吸收以及放射正規化光譜 27
圖3.1.3.1 含苯酸拉電子基的錯合物元件的IPCE 28
圖3.1.3.2 含苯酸拉電子基的錯合物的I-V curve。 29
圖3.2.1 含氰乙酸拉電子基的錯合物的循環伏安法測量 29
圖3.2.2.1 含氰乙酸拉電子基的錯合物的吸收光譜 30
圖3.2.2.2 含氰乙酸拉電子基錯合物的吸收及放射正規化光譜 31
圖3.3.1 [Ru(bpy)2 (dcbpy)]2+ 的化學結構式 32
圖3.3.2 金屬d軌域至一號配位基LUMO的MLCT 33
圖3.3.3 染料上的電子受光激發後推動外電路的運作過程 35
圖4.1.2 雙氧水氧化ammoniumbromide生成溴陽離子 38
圖4.10.1 導電玻璃上二氧化鈦薄膜的製作 46
圖4.10.2 元件的組裝 47
圖4.10.3 IPCE的計算方法 47
圖4.10.4 光電轉換效率(η)的計算法 47



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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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