高效率含碳烯配位基釕金屬光敏染料的設計及合成

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張瑋駿(Wei-Chun Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學學系

論文名稱

高效率含碳烯配位基釕金屬光敏染料的設計及合成

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摘要(中)

在染料敏化太陽能電池的應用上，所使用染料的優劣扮演著影響效率高低的一個重要腳色，在本文中開發了一類以碳烯 (Carbene) 結構為基礎的不對稱配位基，在與釕 (Ru) 金屬結合並藉由單晶結構確認其構型後，我們在配位基各個位置連結不同性質的取代基，對所合成出的染料進行一連串系統性的結構優化及性質探討，更開發出多個具高光電轉換效率的光敏染料，其中染料CI103在N719效率為8.43% 的條件下，其效率可高達9.32%，開創了將來釕金屬錯合物染料改良的一個嶄新途徑。

摘要(英)

In the application of dye-sensitized solar cells, the dye we use in device plays a major role which greatly affects the efficiency of solar cells. In the following thesis, we’ve developed a series of asymmetric ligands which based on carbene. We confirm the conformation of dye by the analysis of structure of monocrystal after we’ve successfully synthesized the ruthenium complex. We’ve tried to alter the different substituent on the each place of our ligands. Certainly, we‘ve also carried a series of discussion of physical properties and systematic modifications of molecular structures. And we did develop a few dyes which has high conver- sion efficiency. Among these dyes, CI103 dye has prominent performance of efficiency which up to 9.32% , however , N719 dye gets 8.43% of efficiency in the same condition as CI103. These dyes have found a new way of modification of ruthenium complex dyes.

關鍵字(中)

★ 碳烯
★ 釕金屬錯合物
★ 染料敏化太陽能電池

關鍵字(英)

★ Carbene
★ Ru complex
★ DSSCs

論文目次

總目錄
摘要 I
Abstract II
總目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章序論 1
1-1 前言 1
1-2 染料敏化太陽能電池 3
1-2-1 組成及工作原理 3
1-2-2 染料種類及設計 7
1-3 結構設計概念與動機 11
第二章結果與討論 14
2-1 合成策略 14
2-2 合成討論 18
2-3 染料性質討論 21
2-3-1 染料 CfBTR、CifPR 21
2-3-2 染料 CI101、CI102以及CI103 23
2-3-3 染料 CI106、CI107以及CI109 28
2-4 結論與未來展望 30
第三章實驗部份 32
3-1 實驗儀器 32
3-2 實驗藥品 32
3-3 合成步驟及光譜數據 33
3-4 化合物單晶結構及數據 52
3-4-1 化合物 3 單晶結構及數據 52
3-4-2 化合物 5a 單晶結構及數據 54
3-4-3 化合物 5b 單晶結構及數據 56
3-4-4 化合物 11a單晶結構及數據 58
3-4-5 化合物 11c單晶結構及數據 60
參考文獻 62
附圖 64
圖目錄
圖一杜拜原油價格趨勢圖 ( 2011 / 3 / 13 ~ 2011 / 3 / 19 ，美金 / 桶，經濟部能源局 ) 2
圖二 DSSCs的元件組成示意圖 4
圖三 DSSCs 工作原理示意圖 6
圖四染料N3及CYC-B1的結構 8
圖五特殊的染料結構 9
圖六非釕金屬中心的染料 9
圖七有機染料基本架構 10
圖八有機染料結構 10
圖九染料設計的基本架構 12
圖十本文中所合成出的染料結構 13
圖十一染料CfBTR之合成步驟 14
圖十二化合物2至3合成分解步驟 15
圖十三染料CifPR及CI101之合成步驟 16
圖十四化合物4a至5a合成分解步驟 16
圖十五染料CI102及CI103之合成步驟 17
圖十六染料CI106、CI107及CI109之合成步驟 18
圖十七染料CfBTR以及CifPR的UV吸收圖譜(CH3CN/t-BuOH = 1/1) 21
圖十八染料CI101、CI102以及CI103的UV吸收圖譜(CH3CN/t-BuOH = 1/1) 25
圖十九染料CI101、CI102以及CI103的UV吸收圖譜(薄膜) 25
圖二十染料CI101、CI102以及CI103的IPCE圖譜 27
圖二十一染料CI101、CI102以及CI103均一化後的IPCE圖譜 27
圖二十二染料CifPR、CI106、CI107以及CI109的UV吸收圖譜(CH3CN/ t-BuOH = 1/1) 29
表目錄
表一. 各類型太陽能電池之比較 3
表二染料CfBTR以及CifPR的能階數值 22
表三染料CfBTR的元件測量數值 22
表四染料CifPR的元件測量數值 22
表五染料CI101、CI102以及CI103的能階數值 26
表六染料CI101、CI102以及CI103的元件測量數值 26
表七染料CI106、CI107以及CI109的能階數值 30

參考文獻

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(23) Bomben, P. G.; Gordon, T. J.; Schott, E.; Berlinguette, C. P. Angewandte Chemie 2011, 123, 10870.

指導教授

李文仁(Wen-Ren Li)

審核日期

2012-8-3

推文