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研究生: 吳鳳玲
Feng-Ling Wu
論文名稱: 含雙錨基之有機光敏染料應用在有機染料太陽能電池
Di-anchoring organic dyse for dye-sensitized solar cells
指導教授: 林建村
Jiann-T'suen Lin
口試委員: 孫世勝
Shih-Sheng Sun
戴龑
Yian Tai
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 化學工程系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 102
中文關鍵詞: 雙錨基太陽能電池
外文關鍵詞: dye-sensitized solar cells
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  • 本論文利用Stille coupling、Knoevenagel condensation等反應,合成出含雙錨基結構之DA系列有機光敏染料。此系列以胺基等強推電子基作為電子予體,2-cyanoacrylic acid 作為電子受體。引入不同共軛片段(thiophene、苯環)以修飾共軛架橋(spacer)。
    DA2-DA6染料在350−450 nm波長處皆有不錯的莫耳消光係數,其範圍為41900−54600 M-1cm-1。電化學與吸收光譜量測推算出DA系列染料之HOMO與LUMO能階範圍約在0.97 V至1.24 V與-0.99 V至-1.64 V之間(vs. NHE),因此染料可以順利將電子注入至二氧化鈦光導電極,以及隨後經由電解質還原,進行染料的再生。利用此系列染料組裝成的染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cells, DSSCs),短路電流範圍7.94−16.98 mA/cm-2,開環電壓在0.55−0.65 V,光電轉換效率為2.60−7.28 %,相比於同樣條件下之單錨基染料S1,可達到其元件效率的1.2−1.7倍。此系列中光電轉換效率最佳的DA5,其效率為7.28 %,可達相同條件下的N719的元件效率的88 %。此系列染料所含之雙錨基結構,可以增加染料分子電子注入二氧化鈦的機會,因此DA系列染料分子都有不錯的短路電流。而由於可以較有效抑制電解質與二氧化鈦導帶上的電子進行再結合,雙錨基染料DA1−DA3,相較於於相似結構單錨基S1,皆有較高的開環電壓,可以有效抑制電解質與二氧化鈦導帶上的電子進行再結合,防止暗電流產生,因而DA染料之元件也有較佳之開環電壓。


    A series of metal free organic dyes (DA) with two anchoring groups were synthesized for DSSCs application. Different arylamines and 2-cyanoacrylic acid were used as the electron donor and the electron acceptor, respectively.
    The dyes absorb intensely (ε = 41900−54600 M-1cm-1) in the range of 350−450 nm. The HOMO (0.97 to 1.24 V vs NHE) and LUMO (-0.99 V to -1.64 vs NHE) levels calculated from electrochemical and optical data assure favorable electron injection and regeneration of the dye after electron injection. The power conversion efficiencies of DSSCs based on these dyes are in the range of 2.60-7.28 %, which are 1.2−1.7 times heigher than that of S1 dye with only one anachoring group. The power conversion efficiency of DSSC based on DA5 has the best power conversion efficiency (7.28%) among all. The efficiency reaches 88 % of the standaed cell based on N719 fabricated and measured under the same condicitions. The presence of two anchoring groups in DA dyes increases electron injection efficiency and results in higher short circuit currents. Compared the S1 congener, DA1−DA3 can more effectively suppress charge recombination, leading to higher open circuit voltage.

    摘要 I Abstract II 目錄 III 附圖目錄 VII 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 太陽光譜介紹 2 1-3 太陽能電池介紹 4 1-4 染料敏化太陽能電池基本結構 9 1-5 太陽能電池電壓-電流輸出參數及特性說明 19 1-6 研究動機 21 第二章 實驗方法與過程說明 26 2-1 實驗儀器 26 2-2 實驗藥品與溶劑 28 2-3 合成流程 30 第三章 結果與討論 49 3-1 實驗合成與反應機構之探討 49 3-2 光物理性質 54 3-3 電化學性質 58 3-4元件製作及太陽能電池電壓-電流輸出特性說明 61 3-5 理論計算 67 3-6 結論 74 參考文獻 75 附圖

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