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摘 要

能源短缺是当今社会密切关注且迫切希望得到解决的问题之一。太阳能这一清洁能源引起了人们的广泛关注，能够将太阳能转化为电能的太阳能电池有着很大的应用价值。染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cell，DSSC）因具有极大的发展潜力成为一个研究热点。在DSSCs中染料敏化剂的性质很大程度上影响着电池的光电转化效率。本文首先对DSSC电池的基本原理和基本结构进行介绍，然后着重介绍了常见的染料敏化剂。因部分色酮及硫色酮衍生物是有色物质，本文尝试将以2-(乙基亚磺酰基)-7-氟-3-(1,2,4-三氮唑)硫色酮为原料合成四种不同的硫色酮化合物将其用作染料敏化剂，成功组装DSSC电池，测定其光电参数，并对四种硫色酮染料光电转化效率进行探讨。

关键词：色酮 硫色酮 染料敏化剂 染料敏化太阳能电池 光电转化效率

Abstract

Energy shortage is one of urgent problems which raise considerable attention in our society, and people are eager to solve this problem. Then solar energy ,a clean energy, comes into the picture. Solar cell, which can generate electric energy by absorbing sunlight, can be applied widely. Dye-sensitized solar cells(DSSCs) have been becoming a research hotspot for its great developing potential. The performance of the dye sensitizer in DSSCs largely affect the photoelectric conversion efficiency of the cell. Firstly, this thesis briefly introduce the basis working principle and structure of DSSC. Then relative research on dye-sensitizers have been particularly reviewed. Since some of chromone and thiochromone derivatives are colored, 2-(ethylsulfinyl)- 7-fluoro-3-(1H-1,2,4-triazole-1-yl)-4H-thiocromone-4-one is utilized to synthesize four different dye sensitizers. Applying these four thiochromone dyes, DSSCs are successfully fabricated, and their photoelectric parameter are measured respectively. The photoelectric conversion efficiency of four dyes are also discussed.

Key words: chromone; thiochromone; dye sensitizer; dye-sensitized solar cell; photoelectric conversion efficiency

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 色酮类化合物 1

1.3 染料敏化剂 2

1.3.1 金属有机染料敏化剂 2

1.3.2 非金属有机染料敏化剂 5

1.4 染料敏化太阳能电池（DSSC） 9

1.4.1 基本原理 9

1.4.2 基本结构 9

1.5 本课题的研究内容 11

第二章 实验部分 13

2.1 四种硫色酮染料的合成 13

2.1.1 试剂与仪器 13

2.1.2 实验内容 14

2.2 染料敏化太阳能电池的组装 16

2.2.1 光阳极的制备 16

2.2.2 染料溶液的配制 17

2.2.3 电解质溶液的配制 17

2.2.4 DSSC电池的组装 17

2.3 染料敏化太阳能电池的光电性能测试 18

第三章 结论 19

3.1 四种硫色酮染料的光电参数 19

第四章 展望 21

参考文献 22

附录 25

致谢 27

1. 绪论

1.1 引言

人类社会在全速发展的同时也引起了很多问题，能源问题就是其中之一。矿物燃料资源大量消耗，并且对环境造成极大的危害，人们逐渐将目光转向了太阳能这一清洁能源。太阳能占地球总能源的99%，充分利用可以很好地满足人类的需求，并且其对环境无污染，因此染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells, DSSC)已发展成为一个较为系统的重要研究领域。染料敏化剂是组装DSSC的必不可少的一部分，DSSC电池的光电性能很大程度上受到染料的影响。目前染料敏化剂主要分为金属有机染料敏化剂和非金属有机染料敏化剂。色酮是一种自然界中广泛存在化合物，又称为苯并-γ-吡喃酮；硫色酮是色酮的衍生物，只能通过人工合成，又称为苯并-γ-硫吡喃酮。部分硫色酮化合物为有色物质，可尝试将其用作染料敏化剂。

1.2 色酮类化合物

色酮又称为苯并-γ-吡喃酮，是一类广泛存在于自然界的天然物质，在植物界中尤其常见，因此色酮化合物可以从天然植物中分离。但是由于某些天然植物中色酮含量较低，且提取分离工序较为繁琐，通常情况下选择人工有机合成的方法更为普遍。

硫色酮与色酮结构相似，都具有苯并-γ-吡喃酮结构，有较高的脂溶性，难溶于水，但自然界中往往不存在，合成是其获取的主要方法^[1]。色酮及硫色酮化合物都具有很好的抗真菌、抗炎、抗肿瘤、抗病毒等生理活性^[2]，在生物医药等领域有着广泛的应用，并且对色酮及硫色酮化合物进行人工合成和衍生物修饰的研究是学术界主要的研究方向。

图1-1 色酮 图1-2 硫色酮类衍生物

1.3 染料敏化剂

植物中的叶绿素可以吸收太阳光，进行光合作用。利用此类物质的吸光作用和吸光方式用于DSSC中，可将太阳能转化为电能。即为染料敏化剂。因此植物中含有的色素，如叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素等这些物质可作为最原始的天然染料。

按结构中是否与金属离子络合，将合成染料敏化剂分为金属配合物有机染料敏化剂和非金属有机染料敏化剂。金属配合物有机染料敏化剂主要有钌基多吡啶配合物、卟啉配合物、酞菁配合物；非金属有机染料敏化剂主要包含三苯胺类染料、香豆素类染料、吲哚类染料、花菁类染料、多烯类染料。

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