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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳宜蓁
研究生(外文):WU, YI-CHEN
論文名稱:利用Click反應合成含三疊氮雜環的D-A-π-A系統染敏化太陽能電池研究
論文名稱(外文):The D-A-π-A system with 1,2,3-triazole moiety by Click reaction for dye-sensitized solar cells
指導教授:張源杰
指導教授(外文):CHANG, YUAN-JAY
口試委員:張源杰王迪彥陸勤偉陳志欣
口試委員(外文):CHANG, YUAN-JAYWANG, DI-YANLU, CHIN-WEICHEN, CHIH-HSIN
口試日期:2017-07-12
學位類別:碩士
校院名稱:東海大學
系所名稱:化學系
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:染敏化太陽能電池鍵擊化學D-A-π-A
外文關鍵詞:Dye Sensitized solar cellsClcik reactionD-A-π-A
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有機染敏化電池是將有機染料吸附在二氧化鈦上製作成元件,而染料在有機染敏化太陽能電池中扮演著相當重要的角色,因此要提升染敏化太陽能電池的效率,就要研發出整體效率高的染料,讓電子可以順利且有效的注入到二氧化鈦上。
本研究是加入了利用Click反應合成的三疊氮在triphenylamine和cyanoacrylic acid中間而形成的D-A-π-A系統。而缺電子的三疊氮可以幫助降低energy gap,進而增加光捕捉的效率。此次我們合成的4個染料中以CK4的效率為最好,並添加DCA作為共吸附劑來提升染料的效率,而效率最好的則是添加了共吸附劑的CK4,其效率可達3.9%。

Organic dyes that consist of a 1,2,3-triazole moiety between a triphenylamine donor group and a cyanoacrylic acid acceptor group displayed D-A-π-A system by “Click” reaction in dye sensitized solar cells. The electron deficiency of 1,2,3-triazole and its low energy gap helped the dyes harvesting more photons. A typical device made with the dye CK- displayed a maximal photon-to-current conversion efficiency(IPCE) 50% in the region of 300-500 nm, a short-circuit photocurrent density (Jsc) 8.05 mA·cm-2, an open-circuit photovoltage (Voc) 0.62 V, and a fill factor (FF) 0.66, corresponding to an overall conversion efficiency 3.3%. The experiment of using deoxycholic acid (DCA) as a co-absorbent, the values of Voc increase to 0.64 V, and the values of Jsc increase to 9.29 mA·cm-2 This result indicated that the quality of the dye films can be improved by the addition of DCA. The photophysical properties were analyzed with the aid of time-dependent density functional theory (TDDFT) model with the B3LYP function.
目錄

謝誌 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2 太陽能介紹 2
1-3太陽能電池介紹 3
1-3-1 矽晶太陽能電池 5
1-3-2 薄膜太陽能電池 7
1-3-3 有機太陽能電池 9
第二章 理論說明與文獻回顧 14
2-1 染料敏化太陽能電池基本結構 14
2-2 染敏化太陽能電池工作原理 15
2-3 透明導電玻璃(INDIUM TIN OXIDE, ITO) 18
2-4 二氧化鈦薄膜 18
2-5 染敏化太陽能電池中的光敏劑(染料) 19
2-5-1 無機光敏劑 20
2-5-2 有機光敏劑 21
2-6 電解質 29
2-7 對電極 32
2-8 太陽能電池電壓-電流輸出特性 32
2-9 元件製作 35
2-9-1 二氧化鈦奈米顆粒塗覆於FTO上 35
2-9-2浸泡染敏化染料 35
2-9-3電解液的製備 36
2-9-4對電極的製備 36
2-9-5 染敏化太陽能電池元件製作 36
第三章 研究動機與合成策略 38
3-1 研究動機 38
3-2 合成策略 39
第四章 結果與討論 40
4-1 理論計算 40
4-2 CK系列化合物性質之探討 42
4-2-2 染敏化太陽能電池元件特性 47
結論 51
(一)實驗儀器 52
(二)合成步驟 55
參考文獻 67
光譜附圖 69


圖目錄
圖1- 1太陽能輻射光譜分布 2
圖1- 2太陽能電池的結構 4
圖1- 3太陽能電池依不同材料分類 5
圖1- 4非矽晶太陽能電池結構 7
圖1- 5 有機高分子/C60 奈米複合材料的 DONOR與ACCEPTOR 11

圖2- 1染敏化太陽能電池元件結構 15
圖2- 2染敏化太陽能電池工作原理 17
圖2- 3染料與二氧化鈦鍵結的方式 19
圖2- 4常見RU錯合物系列結構 20
圖2- 5含TRIARYLAMINE的染料分子 22
圖2- 6含INDOLINE的染料分子 23
圖2- 7含THIOPHENE的染料分子 24
圖2- 8含PORPHYRIN的染料分子 24
圖2- 9以THIOPHENE及EDOT為架橋的染料分子 25
圖2- 10含BENZOTHIADIAZOLE的染料分子 26
圖2- 11含ISOPHORONE的染料分子 28
圖2- 12含TRIAZOLE的染料分子 29
圖2- 13電洞傳輸材料結構示意圖 31
圖2- 14典型J-V曲線中(A) JSC 示意圖(B) VOC 示意圖 33
圖2- 15典型J-V曲線中FF的計算方式 34
圖2- 16塗好TIO2的導電玻璃 35
圖2- 17在玻璃上鑽孔 36
圖2- 18元件組成示意圖 37

圖4- 1 CK系列最佳化結構 41
圖4- 2 CK系列之電子雲分布 42
圖4- 3 CK系列化合物之結構 43
圖4- 5 CK系列化合物之CV 45
圖4- 6 CK系列化合物之能階圖 46
圖4- 7CK系列化合物之單光色轉換效率(IPCE) 47
圖4- 8 CK系列化合物之J-V圖 48

附圖 一 化合物2A之NMR光譜圖 ; 上圖為1H,下圖為13C (CDCL3) 70
附圖 二 化合物2B之NMR光譜圖 ; 上圖為1H,下圖為13C (CDCL3) 71
附圖 三 化合物3A之NMR光譜圖 ; 上圖為1H,下圖為13C (CDCL3) 72
附圖 四 化合物3B之NMR光譜圖 ; 上圖為1H,下圖為13C (CDCL3 73
附圖 五 化合物4A之NMR光譜圖 ; 上圖為1H,下圖為13C (CDCL3) 74
附圖 六 化合物4B之NMR光譜圖 ; 上圖為1H,下圖為13C (CDCL3) 75
附圖 七 化合物5A之NMR光譜圖 ; 上圖為1H,下圖為13C (CDCL3) 76
附圖 八 化合物5B之NMR光譜圖 ; 上圖為1H,下圖為13C (CDCL3) 77
附圖 九 化合物6A之NMR光譜圖 ; 上圖為1H,下圖為13C (CDCL3) 78
附圖 十 化合物6B之NMR光譜圖 ; 上圖為1H,下圖為13C (CDCL3) 79
附圖 十一 化合物CK1之NMR光譜圖;上圖為1H,下圖為13C (DMSO-D6) 80
附圖 十二 化合物CK2之NMR光譜圖;上圖為1H,下圖為13C (DMSO-D6) 81
附圖 十三 化合物CK3之NMR光譜圖;上圖為1H,下圖為13C (DMSO-D6) 82
附圖 十四 化合物CK4之NMR光譜圖;上圖為1H,下圖為13C(DMSO-D6) 83



表目錄
表4- 1 CK系列之光物理性質 41
表4- 2 CK系列化合物之吸收光譜性質及能階 47
表4- 3 CK系列化合物之元件效率 49


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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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