过渡金属催化杂环化合物C课件.ppt

1、新型结构有机染料敏化太阳能电池研究 报告人：张倩倩 导 师：李巍 副研究员 周雪琴 副教授 2013.05.25开题报告内容提要：内容提要：u 研究背景及意义研究背景及意义u 发展现状与趋势发展现状与趋势u 课题研究内容及预期效果课题研究内容及预期效果研究背景及意义（1）传统化石能源：煤（200年）、石油（50年）、天然气（65年）（2）可再生能源：风能、水能、潮汐能、地热能等（3）太阳能的优点：资源丰富、洁净能源、使用方便地域性51019 kj，是全世界能耗的1.3万倍。Prof.Michael Grtzel太阳能电池发展历程染料敏化太阳能电池结构和原理染料的敏化性能直接决定了电池的性能。染

2、料的分类染料染料金属配合物卟啉和酞菁 有机染料钌配合物铼配合物铁配合物铜配合物铂配合物香豆素吲哚啉四氢喹啉DPP 等咔唑发展现状与趋势u 金属配合物金属配合物u 卟啉和酞箐卟啉和酞箐u 有机染料及相关探索有机染料及相关探索金属配合物染料(钌配合物)优点优点：吸收光谱宽，电池转换效率高缺点：缺点：钌金属资源有限、价格昂贵，合成纯化复杂Review:J.Chem.Soc.Rev.2009,38,115卟啉和酞箐优点优点：近红外区较之钌染料吸收光谱强，热稳定性好缺点：缺点：合成纯化复杂，电池转化效率不高Review:Chem.Rev.2010,110,6595-6663Reviews:Chem.Re

3、v.2010,110,6595-6663 Angew.Chem.Int.Ed.2009,48,2474-2499 Eur.J.Org.Chem.2009,2903-2934有机染料优点优点：环境友好、摩尔吸光系数高，结构多变易于修饰，来源广泛易合成、成本低缺点：缺点：光谱吸收窄、容易聚集、稳定性较差Donor:Acceptor:三芳胺三芳胺,二芳胺，二芳胺，TPD 等等.氰基乙酸、羧基、磷酸等氰基乙酸、羧基、磷酸等相关探索额额外外的的电电子子受受体体单单元元拉电子单元：拉电子单元：苯并噻二唑、苯并噻二唑、苯并三唑、喹喔啉、苯并三唑、喹喔啉、邻苯二甲酰亚胺、邻苯二甲酰亚胺、吡咯并吡咯二酮等吡咯并

4、吡咯二酮等形成形成D-A-A型结构型结构ReviewChem.Soc.Rev.,2013,42,2039.1，降低，降低HOMO-LUMO能级能级 2，拓宽染料光谱吸收拓宽染料光谱吸收 3，促进吸收带红移，促进吸收带红移 4，提供了良好电子转移通道，提供了良好电子转移通道田禾、花建丽、韩丽媛：吡咯并吡咯二酮(DPP)转化率：7.43%强拉电子受体的染料ReviewsJ.Phys.Chem.C,2010,114,13431349.Dyes Pigm.,2012,92,13841393.Chem.Commun.,2012,48,69726974.Park、朱为宏、王忠胜、李振合成了一系列基于喹喔啉

5、母核 大Jsc、高VocD-A-A型染料，合理调控A的拉电子能力是获取高性能的D-A-A型染料的关键。ReviewsOrg.Lett.,2011,13,38803883.Chem.Eur.J.,2012,18,81908200.Chem.Mater.,2012,24,31793187.J.Mater.Chem.,2012,22,1883018838.Odobel、花建丽：A-A、D-A-DA拉电子基团的拉电子能力同Voc刚好相反，降低A拉电子能力能够有效提高开路电压Voc，但并不能有效提高DSSCs电池器件整体性能。Reviews：Photochem.Photobiol.,A,2011,226

6、,915；Synth.Met.,2010,160,17671773.目标任务 开发具有DPP母核的D-A-A“-A新型染 料敏化的太阳能电池。理清影响太阳能电池性能进一步提升的深层次因素，为最终开发出宽光谱响应、高稳定性、高使用寿命的纯有机太阳能电池打下坚实基础。课题研究方案课题主要研究内容u 染料设计合成染料设计合成u 器件的制备器件的制备u 器件性能测试及器件物理研究器件性能测试及器件物理研究拟合成的“第一类第一类”光敏染料染染料料设设计计合合成成拟合成的“第二类第二类”光敏染料染染料料设设计计合合成成拟合成的“第三类第三类”光敏染料染染料料设设计计合合成成拟合成的新型染料的合成路线合成路

7、线（各举一例）染染料料设设计计合合成成 TiO2/染料电极制备染料电极制备 DSSCs 电池器件组装电池器件组装器件的制备器件的制备 测定电池的I-V、IPCE曲线及稳定性测评；结合密度泛函理论，利用超快激光光谱、瞬态吸收与发射光谱、电阻抗谱等物理手段探索新结构的染料分子电荷转移机制、染料敏化在二氧化钛表面时的界面电荷转移动力学过程的微观机理，理清影响电池器件性能的关键因素，为进一步的分子优化提供指导。器件性能测试及器件物理研究器件性能测试及器件物理研究 开发出一系列具有D-A-A“-A结构的高性能光敏染料；揭示D-A-A“-A结构染料分子电荷转移机制，理清该结构的染料与二氧化钛间的电荷转移和能量转移机制；揭示影响DSSCs电池性能进一步提升的内在因素，为设计性能更好染料提供思路；预期研究结果 D-A-A“-A型染料分子：更好的电子离域，具有更好的光谱吸收以充分利用太阳能；D-A-A“-A结构：更好的可调控性（拉电子能力：A A”A），能筛选出更好的电子转移通道（与A-A结构相比），有利于提高电子注入效率；基于理论计算表明，该结构的染料HOMO和LUMO轨道分离效果更加理想，能更有效提高激发态染料寿命并抑制TiO2导带中电子同氧化态染料间的复合。可行性分析