合成具丙烯酸之錨基之染料敏化太陽能電池染料及其光物理性質研究

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研究生：	楊承翰 Yang-Cheng Han
論文名稱：	合成具丙烯酸之錨基之染料敏化太陽能電池染料及其光物理性質研究 Synthesis and Photophysics of DSSC dyes with acrylic acidanchoring group
指導教授：	何郡軒 Jinn-Hsuan Ho
口試委員:	鄭志嘉 Chih-Chia Cheng 許智偉 Chih-Wei Hsu
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：	2017
畢業學年度：	105
語文別：	中文
論文頁數：	96
中文關鍵詞：	分子內電荷轉移、染料光敏化劑
外文關鍵詞：	(solvent effect), DMABN
相關次數：	點閱：178 下載：6
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本論文是合成具有噻吩及接有三苯胺為骨架之染料敏化電池之染料，增加推電子基強度及使用不同的拉電子基來探討結構的調整對吸收波長的影響，在三苯胺骨架中加上甲氧基，能增加共軛長度並且在實驗中發現能使吸收波長更加紅移在拉電子基方面，以改變不同官能基使染料之吸收波長更加紅移，並且使分子能吸收到更多可見光波長範圍。在本研究中是以鈴木偶聯反應(Suzuki coupling reaction)來合成，三苯胺作為骨架，噻吩作為共軛橋基及cyanoacrylic acid 及acetic acid 為拉電子基，並以核磁共振光譜圖(NMR)及質譜儀鑑定結構，利用紫外/光可見光光譜儀與循環電位儀來探討這四種染料性質。

Abstract
In this research, a series of DSSCs dyes with thien-2-yltriphenylamines (H and OMe substituent on triphenylamine part) skeleton and cyanoacrylic acid or acrylic acid anchoring groups have been synthesized by Suzuki coupling reaction and identified by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) and mass spectrometer. The photophysics of these dyes has been measured and were related to the substituents on triphenylamine group and anchoring groups. The most red-shift was showed in the case of the dye MOTTC containing methoxy substituents as electron-donating group and cyanoacrylic acid as electron-withdrawing group. MOTTC and its derivatives can absorb the visible light and is suitable for the application of solar cell

  目錄
第一章     論……………………………………………………........................................    1
1-1 前言……………………………………………………………….……………….    1
1-2 太陽能電池的介紹………………………………………………………..............    1
1-3 太陽能電池的構造及優缺點……………………………………………..............    4
1-4 分子內的電荷轉移……………………………………………………….............    6
1-5 溶劑效應…………………………………………………………………………..    8
1-6 stokes shift………………………………………………………………………….    9
1-7 染料光敏化劑……………………………………………………………………..    10
1-7-1染料光敏化劑條件……………………………………………………………    10
1-7-2釕金屬錯合物染料…………………………………………………………….      11
1-7-3 非金屬有機染料……………………………………………………………...    14
1-8 suzuki反應………………………………………………………………………….    15
1-9文獻回顧…………………………………………………………………………    16
1-10研究動機及目的…………………………………………………………………    17
第二章 結果與討論………………………………………………………………………    19
2-1化合物之合成與探討……………………………………………………………    19
2-2 各化合物於不同溶劑中之光物理研究…………………………………………    22
2-2-1 同溶劑下各化合物之光物理研究………………………………………    35
2-3 各化合物之消光係數……………………………………………………………    44
2-4各化合物之電化學性質探討……………………………………………………    57
2-5各化合物之理論計算結果與實驗結果討論……………………………………    63
2-6 各化合物的Stokes shift…………………………………………………………    65
2-7 結論………………………………………………………………………………    66
第三章 實驗部分…………………………………………………………………………    67
3-1 實驗儀器…………………………………………………………………………    67
3-2 實驗藥品與溶劑…………………………………………………………………    69
3-3 光物理定性量測方法……………………………………………………………    71
3-4 莫爾吸收係數量測方法…………………………………………………………    72
3-5 氧化還原電位的量測及計算方法………………………………………………    74
3-6 各化合物結構分子式與分子量…………………………………………………    75
3-7 實驗步驟…………………………………………………………………………    79
第四章 參考文獻…………………………………………………………………………    86

圖目錄
Figure 1    染敏化太陽能電池轉換機制………………………………………………    4
Figure 2    太陽能電池工作原理………………………………………………………    5
Figure 3    所示ICT表示圖……………………………………………………………    7
Figure 4    激發能階所示圖……………………………………………………………    8
Figure 5    Stokes shift 示意圖…………………………………………………………    10
Figure 6    N3、N719、Z907、Black dye…………………………………………………    12
Figure 7    Z907和Z910結構…………………………………………………………    13
Figure 8    鈴木反應……………………………………………………………………    16
Figure 9    D5及D9結構………………………………………………………………    17
Figure 10    欲合成之染料結構…………………………………………………………    18
Figure 11    TTC在不同極性溶劑中的吸收光譜圖……………………………………    22
Figure 12    TTC在不同極性溶劑中放射光譜圖………………………………………    23
Figure 13         TTA在不同極性溶劑中的吸收光譜圖……………………………………    25
Figure 14      TTA在不同極性溶劑中放射光譜圖………………………………………    26
Figure 15    MOTTC在不同極性溶劑中的吸收光譜圖………………………………    28
Figure 16    MOTTC在不同極性溶劑中放射光譜圖…………………………………    29
Figure 17    MOTTC在中高極性溶劑中的放射光譜圖比較………………………….    30
Figure 18    MOTTA在不同極性溶劑中吸收光譜圖…………………………………    31
Figure 19    MOTTA 在不同極性溶劑中的放射光譜圖……………………………….    33
Figure 20    MOTTA 在中高極性溶劑中的放射光譜圖………………………………    33
Figure 21    各化合物於四氫呋喃溶劑中吸收光譜圖…………………………………    35
Figure 22    各化合物於四氫呋喃溶劑中放射光譜圖…………………………………    36
Figure 23    各化合物在二氯甲烷溶劑中的吸收光譜圖……………………………….    38
Figure 24    各化合物在二氯甲烷溶劑中的放射光譜圖……………………………….    39
Figure 25    各化合物在甲醇溶劑中的吸收光譜圖…………………………………….    41
Figure 26    各化合物在甲醇溶劑中的放射光譜圖……………....................................    42
Figure 27    TTC在不同濃度下對吸收度對應數值圖…………………………………    45
Figure 28    TTA在不同濃度下對吸收度對應數值圖…………………………………    46
Figure 29    MOTTC在不同濃度下對吸收度對應數值圖……………………………    47
Figure 30    MOTTA在不同濃度下對吸收度對應數值圖……………………………    48
Figure 31    TTC在不同濃度下對吸收度對應數值圖…………………………………    49
Figure 32    TTA在不同濃度下對吸收度對應數值圖…………………………………    50
Figure 33    MOTTC在不同濃度下對吸收度對應數值圖……………………………    51
Figure 34    MOTTA在不同濃度下對吸收度對應數值圖……………………………    52
Figure 35    TTC在不同濃度下對吸收度對應數值圖…………………………………    53
Figure 36    TTA在不同濃度下對吸收度對應數值圖…………………………………    54
Figure 37    MOTTC在不同濃度下對吸收度對應數值圖……………………………    55
Figure 38    MOTTA在不同濃度下對吸收度對應數值圖……………………………    56
Figure 39    TTC的CV圖………………………………………………………………    57
Figure 40    MOTTC的CV圖…………………………………………………………    58
Figure 41    MOTTA的CV圖……………………………………………………………    58
Figure 42    TTA的CV圖………………………………………………………………    59
Figure 43    Ferrocene的CV圖…………………………………………………………    60
Figure 44    各染料之能階圖……………………………………………………………    61
Figure 45    各化合物之兩面角…………………………………………………………    65



表目錄
Table 1    非金屬有機染料……………………………………………………………    14
Table 2    TTC在不同溶劑中的最大吸收波長………………………………………    22
Table 3    TTC在不同溶劑中的最大放射波長………………………………………    24
Table 4    TTA在不同溶劑中的最大吸收波長………………………………………    25
Table 5    TTA在不同溶劑中的最大放射波長………………………………………    27
Table 6    MOTTC在不同溶劑中的最大吸收波長…………………………………    28
Table 7    MOTTC在不同溶劑中的最大放射波長…………………………………    30
Table 8    MOTTA在不同溶劑中的最大吸收波長…………………………………    32
Table 9    MOTTA在不同溶劑中的最大放射波長…………………………………    34
Table 10    各化合物於四氫呋喃呋溶劑中的最大吸收波長…………………… ……    35
Table 11    各化合物於四氫呋喃溶劑中的最大放射波長……………………………    36
Table 12    各化合物在二氯甲烷溶劑中最大吸收波長……………………………….    38
Table 13    各化合物在二氯甲烷溶劑中最大放射波長……………………………….    39
Table 14    各化合物在甲醇溶劑中最大吸收波長…………………………………….    41
Table 15    各化合物在甲醇溶劑中最大放射波長…………………………………….    42
Table 16    TTC在不同濃度下的吸收度數值與消光係數……………………………    45
Table 17    TTA在不同濃度下的吸收度數值與消光係數……………………………    46
Table 18    MOTTC在不同濃度下的吸收度數值與消光係數………………………    48
Table 19    MOTTA在不同濃度下的吸收度數值與消光係數………………………    49
Table 20    TTC在不同濃度下吸收度數值與消光係數………………………………    50
Table 21    TTA在不同濃度下吸收度數值與消光係數………………………………    50
Table 22    MOTTC在不同濃度下吸收度數值與消光係數…………………………    51
Table 23    MOTTA在不同濃度下吸收度數值與消光係數…………………………    52
Table 24    TTC在不同濃度下吸收度數值與消光係數………………………………    54
Table 25    TTA在不同濃度下吸收度數值與消光係數………………………………    54
Table 26    MOTTC在不同濃度下吸收度數值與消光係數…………………………    55
Table 27    MOTTA在不同濃度下吸收度數值與消光係數…………………………    56
Table 28    為各染料之電化學性質之數據……………………………………………    61
Table 29    以噻吩為橋基的各染料分子的HOMO與LUMO軌域分布圖…………    64
Table 30    為各化合物之Stokes shift………………………………………………….    66


 
Scheme目錄
Scheme 1 TTC的合成步驟……………………………………………………………    19
Scheme 2 TTA的合成步驟……………………………………………………………    19
Scheme 3 MOTTC的合成步驟…………………………………………………………    20
Scheme 4 MOTTA的合成步驟…………………………………………………………    21


                                

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