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摘 要

染料敏化太阳能电池（DSSC）是目前太阳能电池发展的一个重要方向，而在DSSC电池中，染料是重中之重，是能否提高电池效率的关键，有相当大的发展空间。本论文首先简要介绍了三类染料敏化剂和各种染料敏化剂的光电转化效率，分别是金属络合物染料、纯有机染料及天然染料，对部分染料进行了结构上的分析。之后又介绍了色酮（苯并-γ-吡喃酮）及硫色酮（苯并-γ-硫吡喃酮）的主体结构、金属配合物、在医药领域的广泛应用等方面。最后本人通过以1-（2,4-二氟苯基）-2-（1H-1,2,4-三氮唑-1-基）乙酮、3-（2，4-二氯-5-氟苯基）-3-氧代丙酸甲酯、二硫化碳为原料在以碳酸铯提供碱性环境的DMSO溶剂中合成四种硫色酮染料，在合成四种染料之后制作了基于四种染料的染料敏化太阳能电池，并且测定了其光电参数，分析了硫色酮染料的结构对光电转化效率的影响。

关键词：色酮 硫色酮 染料 染料敏化太阳能电池

Synthesis of Chromochrome Dyes and Their Application in DSSC Batteries

Abstract

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) are an important direction for the development of solar cells. In DSSC cells, dyes are the most important, which is the key to the improvement of cell efficiency. There is considerable room for development. In this thesis, the photoelectric conversion efficiencies of three kinds of dye sensitizers and various dye sensitizers are briefly introduced. They are metal complex dyes, pure organic dyes and natural dyes. Some dyes have been structurally analyzed. Afterwards, the main structures, metal complexes, and wide applications in the medical field of chromone (benzo-γ-pyrone) and thiochromone (benzo-γ-thiopyrone) were introduced. Finally, I used 1-(2,4- Difluorophenyl)-2-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)ethenone、3-(2,4-Dichloro-5- fluorophenyl) -3-oxopropionic acid methyl ester and Carbon disulfide as raw material to synthesize four kinds of sulfur chromone in DMSO solvent with cesium carbonate as a base. Dye-sensitized solar cells based on four dyes were fabricated after the synthesis of four dyes, and their photoelectric parameters were measured. Then the influence of the structure of the thiochromone dye on the photoelectric conversion efficiency was analyzed.

Key words: Chromone，Chromochrome，Dye-sensitized solar cells，dye

目 录

色酮染料的合成及在DSSC电池中的应用 I

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 IV

1.1 引言 4

1.2 DSSC简介 4

1.3 DSSC染料敏化剂 5

1.3.1 合成染料 5

1.3.2 DSSC自然染料的研究 9

1.4 色酮和硫色酮 10

1.4.1 色酮和硫色酮简介 10

1.4.2 色酮金属配合物的研究 10

第二章 实验部分 12

2.1 四种硫色酮类染料的制备 12

2.1.1 实验试剂及仪器 12

2.1.2 实验内容 12

2.2 四种硫色酮染料光电转化效率的测定 14

2.2.1 实验仪器及试剂 14

2.2.2硫色酮染料溶液的配制 14

2.2.3 制作硫色酮的DSSC电池 15

2.2.4 测定DSSC电池参数 15

第三章 结论 16

第四章 展望 17

参考文献 18

附录 20

致谢 22

第一章 文献综述

1.1 引言

DSSC（Dye-sensitized solar cell，DSSC）电池是现在太阳能电池研究领域的一个重要课题，染料敏化剂是DSSC电池的重要组成部分，研究前景十分广阔。染料敏化剂目前分为合成染料染料和天然染料两大类。色酮具有并-γ-吡喃酮结构，某些色酮类化合物是有色物质，可以用作染料；硫色酮和硫色酮衍生物拥有和色酮近似的苯并-γ-硫吡喃结构，但与色酮类化合物存在于植物中不同的是，硫色酮以人工合成为主。^[1]

1.2 DSSC简介

1991年，Gratzel 先生的研究团队发表了一种与众不同的太阳能电池——DSSC电池。目前这类电池的光电转化效率已经达到10%。^[1]

染料敏化太阳能电池由以下五部分组成(图1-1): 电解质和镀铂对电极、光敏染料、纳米TiO₂薄膜、导电玻璃。^[1]

在DSSC中，光电转换过程通常可分为:

(1) 在光的照射下，染料外层电子跃迁，产生电子空穴;

(2) 由染料电子跃迁引起的电子空穴对发生分离;

(3) 通过外层电路传导电子空穴对;

1. 染料重新接受电子;
2. 电解质还原。

图1-1 染料敏化太阳能电池

一般用5个参数来评价DSSC电池: V_OC 、 J_SC 、FF、η、IPCE。5个参数符合下列关系式:^【1】

IPCE(λ)= N_e/N_p=1240 J_sc/(λ×P_i)

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