非對稱金屬酞青素之合成與鑑定及其在染料敏化太陽能電池之應用

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黃暐婷(Wei-ting Wuang) 查詢紙本館藏

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化學學系

論文名稱

非對稱金屬酞青素之合成與鑑定及其在染料敏化太陽能電池之應用
(Synthesis and Characterization of UnsymmetricalMetallophthalocyanine and Their Applications to Dye Sensitized Solar Cell)

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摘要(中)

Phthalocyanines(Pc)，具有很好的光及化學穩定性，並且能吸收近紅外光及紅光波段的太陽光，常被使用來染料敏化太陽能電池之染料。我們研究三個新的TT1 衍生物，做為染料敏化太陽能電池之染料，分別為TN1、TQ1、35T。並分別用核磁共振光譜儀(NMR)、質譜儀鑑定化合物之結構；由紫外/可見光光譜儀及循環電位儀了解化合物的HOMO、LUMO 及吸收光譜；低能量表面功函數量測儀(AC-2)得知化合物在固態時的能階；理論計算模擬化合物在在激發態時，電子躍遷的情形；更進一步將染料製作染料敏化太陽能電池(dye - sensitized solar cells，DSSCs)探討其光電轉換效率。TT1、TN1、TQ1、35T 在AM 1.5 太陽光(100 mW/cm2)照射下，其光電轉換效率為0.88 %、0.99 %、0.14%、及0.44%。
原件的製程也會影響效率的高低，利用改變二氧化鈦的膜厚、染料溶液濃度、及染料溶液浸泡時間，可以將原本TT1 效率0.88% 增加到1.68%，若將此條件套用到其他染料，相信其它染料光電轉換效率也會有所提升。

摘要(英)

Phthalocyanines are attractive sensitizers for DSSCs because of their intense red absorbance and excellent photochemical and electrochemical stability. Three
new TT1 derivatives, TN1, TQ1, and 35T, were synthesized and characterized by 1H NMR and mass spectrometry. Their HOMO and LUMO energy level in solution and in solid state were estimated by differential pulse voltametry,UV-vis absorption spectra and AC-2, respectively. The electron distributions of molecules in excited state were investigated by theoretical calculation. The power conversion efficiencies (ηs) of these solar cells are 0.88, 0.99, 0.14 and 0.44 % for TT1, TN1, TQ1, and 35T, under standard global air mass (AM) 1.5 solar conditions. .
Fabricating solar cell devices is the crucial factor of power conversion efficiency. By changing thickness of TiO2, concentrations of DSSC dyes, and times of dyes adsorption on TiO2, we can enhance the efficiency of TT1 from 0.88% to 1.68%. We believe that If this condition is applied to other dyes, their power conversion efficiency will also be improved.

關鍵字(中)

★ 酞青素
★ 染料敏化太陽能電池

關鍵字(英)

★ Dye Sensitized Solar Cell
★ Metallophthalocyanine

論文目次

目錄
中文摘要………………………………...……….………………….……i
英文摘要………………………………………………...………….…….ii
謝誌………………………………………………………………………iii
目錄……………………………...…………………………………….… v
圖目錄…………………………………………….……………...….….. viii
表目錄……………………………………………......………...……….. .xii
第一章緒論
1-1 前言…...………………………………………….…….………….1
1-2 太陽光譜簡介…………………….……..……………….…....….1
1-3 太陽能電池種類……………………………………………….....3
1-4 有機材料型太陽能電池………………………….…….………...5
1-5 染料敏化太陽能電池的組成……………………………..…....…6
1-6 染料敏化太陽能電池原理……………………………...…..….…7
1-7 太陽能電池元件數據量測……………………………….….……9
1-7-1 能量轉換效率 (η)………………………………..….…….9
1-7-2 開路電壓（open circuit voltage，VOC）…………………10
1-7-3 短路電流（short circuit current，ISC）……………..……11
1-7-4 填充因子（fill factor，FF）…………………………….11
1-7-5 光電轉換效率 (IPCE)……………………………………..11
1-8 影響DSSC 的關鍵因素…………………………….….……....12
1-9 染料敏化劑………………………………………….……….….14
1-9-1 釕(Ru)金屬錯合物染料………………………………......15
1-9-2 有機染料……………………………………………..........16
1-9-3 其他染料…………………………………………….….…18
1-9-3-1 紫質化合物簡介……………………………..…...18
1-9-3-2 紫質電子吸收光譜原理……………………..…...19
1-9-3-3 紫質應用在DSSC…………………………….….21
1-9-3-4 酞青素(Phthalocyanine, Pc)………………...……24
1-9-3-5 酞青素電子吸收光譜原理………………….…...25
1-9-3-6 酞青素應用在DSSC…………………………..…26
1-10 研究動機…………..……………………………………..…...35
第二章實驗
2-1 藥品…………………………………………………………........37
2-2 溶劑之前處理……………………………………………………38
2-3 實驗儀器…………………………………………………………39
2-4 實驗合成與步驟…..…………….……………………………….44
第三章結果與討論
3-1 合成與討論…………..……………………….………………….62
3-2 吸收波長及莫耳消光係數…….……..…………..…..………......65
3-3 染料在二氧化鈦上吸附情形…….………………………………….….72
3-4 染料HOMO/LUMO 能階的測定量…….……………………….75
3-4-1電化學之測量.........................................................................75
3-4-2 低能光電子能階(Low-Energy Photoelecton Spectrometer)
之測量(AC-2)……………………….……………….…….80
3-4-3 DFT 理論計算(染料HOMO/LUMO 能階測定)…..………83
3-5 DSSC 元件光電效能表現與其分析…………………….….……..91
第四章結論…………………………………………...…………..……..98
參考文獻…………………………………………………...……. ….….. 99
附錄一、化合物鑑定圖譜…………………………………...…………………105

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指導教授

陳錦地、吳春桂
(Chin-Ti Chen、Chun-Guey Wu)

審核日期

2010-7-27

推文