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系統識別號 U0002-1608201710364300
中文論文名稱 以噻吩並異靛藍為主體的近紅外光染料在染料敏化電池上之應用
英文論文名稱 Near-Infrared Thienoisoindigo-based Dyes for the Application in Dye-Sensitized Cells
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemistry
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生中文姓名 嚴偉心
研究生英文姓名 Wei-Hsin Yen
學號 604160332
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2017-07-17
論文頁數 83頁
口試委員 指導教授-陳志欣
委員-林建村
委員-王伯昌
中文關鍵字 染料敏化電池  噻吩並異靛藍染料  近紅外光 
英文關鍵字 Dye-sensitized cells  Thienoisoindigo dyes  Near-infrared 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要   以噻吩並異靛藍(TII)作為主結構合成出6個染料分子(Xin-1~6),並應用於染料敏化電池上。
  Xin-1~6使用同一種拉電子基團並與TiO2作嵌合,並分別接上不同的推電子基團,根據其光物理性質可看出Xin系列染料的吸收波長皆有涵蓋到近紅外光區,其中Xin-2的最大吸收波長最紅位移為716 nm,並可吸收到864 nm。
  而其應用在染料敏化電池的元件效率以Xin-4、Xin-5最高,在光強度AM1.5G下效率皆為0.34%,T5-600 lux照射下分別為0.33%、0.47%,而在LED-600 lux照射下為0.28%、0.38%。
英文摘要 Thienoisoindigo (TII)-based small molecules have been previously used in the applications for organic photovaltaic with promising performance. However, they have never been used as the dyes for dye-sensitized cells (DSCs). In this work, we synthesized six TII-based dyes by using different electron donor, TII as π-linker, and cyano acetic acid as electron acceptor as well as the anchoring group on TiO2. The photophysical studies of dyes showed that the absorption of TII-based dyes covered the near-infrared region. Moreover, the power conversion efficiency (PCE) of Xin-1~6 under solar light and indoor light environments were characterized.
論文目次 目錄
第一章、緒論 1
1-1、全球能源危機 2
1-2、替代能源的出現 3
1-3、太陽能電池 6
1-3-1、矽太陽能電池 6
1-3-2、半導體薄膜太陽能電池 7
1-3-3、有機太陽能電池 8
1-4、染料敏化電池(DSCS)的原理及元件結構 9
1-4-1、染料敏化電池的原理 9
1-4-2、染料敏化太陽能電池的結構 10
1-4-2-1、光陽極/TiO2 11
1-4-2-2、光敏染料(Dye) 11
1-4-2-3、電解質 12
1-5、染料敏化電池效率參數說明 14
1-6、太陽光譜中近紅外光的重要性 16
1-7、染料結構設計 17
1-8、研究動機 19
第二章、實驗部分 24
2-1、合成步驟 25
2-2、實驗儀器 42
2-3、實驗藥品與溶劑 43
第三章、結果與討論 45
3-1、染料合成探討 46
3-2、光物理性質 51
3-3、電化學性質 53
3-4、理論計算 55
3-5、元件效率 58
3-5-1、光強度AM1.5G下測試Xin系列染料元件 59
3-5-2、T5-600 lux下測試Xin系列染料元件 60
3-5-3、LED-600 lux下測試Xin系列染料元件 61
3-5-4、元件效率討論 62
3-6、結論 64
參考文獻 65
附圖 69

圖目錄
圖1-1、目前效率最高的DSCS染料YD2-O-C8結構 8
圖1-2、染料敏化電池的元件能階圖 10
圖1-3、染料敏化電池元件結構 10
圖1-4、染料敏化電池的電流-電壓特性曲線圖(J-V CURVE) 14
圖1-5、太陽能輻射光譜圖 16
圖1-6、染料於染料敏化電池中的結構設計 17
圖1-7、THUC-QUYEN NGUYEN團隊發表的Α,Α-DH6TDPP染料結構 19
圖1-8、JOHN R. REYNOLDS發表的D-A-D、A-D-A染料結構 20
圖1-9、ZHIYUAN XIE及QING ZHANG團隊發表的染料結構 20
圖1-10、KE-JIAN JIANG及YAN-LIN SONG團隊發表的ICD染料結構 21
圖1-11、DONOR-ACCEPTOR-DONOR的形式的TII染料結構 22
圖3-1、XIN系列染料的分子結構 46
圖3-2、TII主結構合成路徑 47
圖3-3、TII耦合反應路徑圖 48
圖3-4、XIN系列染料分子溶於THF溶劑的吸收光譜圖 51
圖3-5、XIN系列染料分子的HOMO-LUMO能階圖 53
圖3-6、XIN系列染料分子理論計算最佳結構 55
圖3-7、XIN系列染料分子的HOMO-LUMO電子分佈 57
圖3-8、XIN系列染料吸附於TIO2實際圖片 58
圖3-9、XIN系列染料在光強度AM1.5G下的J-V CURVE 59
圖3-10、XIN系列染料在光強度AM1.5G下的J-V CURVE 60
圖3-11、XIN系列染料在光強度LED-600 LUX下的J-V CURVE 61


表目錄
表2-1、實驗使用藥品及溶劑 44
表3-1、XIN系列染料分子溶於THF溶劑的光物理性質 52
表3-2、XIN系列染料分子的電化學性質 54
表3-3、XIN系列染料分子在AM 1.5 G下的元件性質 59
表3-4、XIN系列染料分子在T5-600 LUX的元件性質 60
表3-5、XIN系列染料分子在LED-600 LUX下的元件性質 61
參考文獻 (1) Yella, A.; Lee, H.-W.; Tsao, H. N.; Yi, C.; Chandiran, A. K.; Nazeeruddin, M. K.; Diau, E. W.-G.; Yeh, C.-Y.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. Science, 2011, 334, 629.
(2) Biernat, K.; Malinowski, A.; Gnat, M. 2013.
(3) Tamayo, A. B.; Walker, B.; Nguyen, T.-Q. The Journal of Physical Chemistry C, 2008, 112, 11545.
(4) Mei, J.; Graham, K. R.; Stalder, R.; Reynolds, J. R. Organic letters, 2010, 12, 660.
(5) Van Pruissen, G. W.; Gholamrezaie, F.; Wienk, M. M.; Janssen, R. A. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 20387.
(6) Li, S.-G.; Jiang, K.-J.; Huang, J.-H.; Yang, L.-M.; Song, Y.-L. Chemical Communications, 2014, 50, 4309.
(7) Zhang, F.; Jiang, K.-J.; Huang, J.-H.; Yu, C.-C.; Li, S.-G.; Chen, M.-G.; Yang, L.-M.; Song, Y.-L. Journal of Materials Chemistry A, 2013, 1, 4858.
(8) Vybornyi, O.; Jiang, Y.; Baert, F.; Demeter, D.; Roncali, J.; Blanchard, P.; Cabanetos, C. Dyes and Pigments, 2015, 115, 17.
(9) Mishra, A.; Fischer, M. K.; Baüerle, P. Angewandte Chemie 2009, 48, 2474.
(10) Zhang, G.; Fu, Y.; Xie, Z.; Zhang, Q. Macromolecules, 2011, 44, 1414.
(11) Kim, G.; Kang, S.-J.; Dutta, G. K.; Han, Y.-K.; Shin, T. J.; Noh, Y.-Y.; Yang, C. Journal of the American Chemical Society, 2014, 136, 9477.
(12) Nketia-Yawson, B.; Kang, H.; Shin, E.-Y.; Xu, Y.; Yang, C.; Noh, Y.-Y. Organic Electronics 2015, 26, 151.
(13) Karakawa, M.; Aso, Y. RSC Advances, 2013, 3, 16259.
(14) Ide, M.; Koizumi, Y.; Saeki, A.; Izumiya, Y.; Ohkita, H.; Ito, S.; Seki, S. The Journal of Physical Chemistry C, 2013, 117, 26859.
(15) Karakawa, M.; Aso, Y. Macromolecular Chemistry and Physics, 2013, 214, 2388.
(16) Chen, Y.; Du, Z.; Chen, W.; Han, L.; Liu, Q.; Sun, M.; Yang, R. Synthetic Metals, 2014, 187, 24.
(17) Qi, J.; Han, J.; Zhou, X.; Yang, D.; Zhang, J.; Qiao, W.; Ma, D.; Wang, Z. Y. Macromolecules, 2015, 48, 3941.
(18) Yun, H.-J.; Choi, H. H.; Kwon, S.-K.; Kim, Y.-H.; Cho, K. ACS applied materials & interfaces, 2015, 7, 5898.

(19) Han, P.; Gong, X.; Lin, B.; Jia, Z.; Ye, S.; Sun, Y.; Yang, H. RSC Advances, 2015, 5, 50098.
(20)Odajima, T.; Ashizawa, M.; Konosu, Y.; Matsumoto, H.; Mori, T. Journal of Materials Chemistry C, 2014, 2, 10455.
(21) Kang, H.; An, S. Y.; Walker, B.; Song, S.; Kim, T.; Kim, J. Y.; Yang, C. Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3, 9899.
(22) Chen, C.-M.; Sharma, S.; Li, Y.-L.; Lee, J.-J.; Chen, S.-A. Journal of Materials Chemistry C, 2015, 3, 33.
(23)Koizumi, Y.; Ide, M.; Saeki, A.; Vijayakumar, C.; Balan, B.; Kawamoto, M.; Seki, S. Polymer Chemistry, 2013, 4, 484.
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