基于并二噻吩的光伏材料的合成及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着人类社会的发展进步，人类对能源的日益渴求，已有的能源慢慢被开发殆尽，人类需要环保高效的新能源来取代旧能源，太阳能做为一种新能源，可以说是取之不竭、用之不尽的，人类对太阳能的研究和开发具有十分重要的意义。

光伏材料在现代社会的能量提供中占据了重要地位，当代高科技领域对光伏材料的性能也提出了更高的要求，低效的光伏材料往往难以满足要求，需要通过研究来提高能量转化率。在各种光伏材料中，有机染料尤其引人注目，因为这些材料可以结合有机材料的多样性、柔韧性、易加工性等优点，使复合材料表现出突出的性能。因此，开展有机光伏材料的研究、开发这类光伏材料的新的功能，将具有非常重要的意义。

作为一种很有前途的代替无机光伏材料的装置，染料敏化太阳能电池（dsscs）从1991年就引起了很大的关注，其主要优势是:原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工(epfl)m. grtzel教授领导的研究小组在该技术上取得突破以来，欧、美、日等发达国家投入大量资金研发。

dsscs主要成分是纳米结构的氧化物半导体，最典型的是纳米tio2,dsscs合并一些金属有机染料确实能提高能量转化效率（pces），但是，一般构造为d-π-a组态的非金属有机染料也日益引人注目，因为它有高摩尔消光系数、廉价、环境友好型以及高柔软性的分子设计等优点，也能获得比较高的能量转化效率。许多不同的有机染料换能效率在6-8%，但只有一小部分换能效率超过10%。然而，在tio2表面上，d-π-a染料容易形成分子间聚合，这样就影响了光吸收，而且损失了域电子，因此，我们需要加深研究，开发新型染料，改善这些缺点，提高太阳能转化效率。研究结果表明：只有非常靠近tio2表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到tio2导带中去，多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输;染料色激发态寿命很短，必须与电极紧密结合，最好能化学吸附到电极上;染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响dsc的光子俘获量的关键因素。到目前为止，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机理还不十分清楚，有weller等的隧穿机理、lindquist等的扩散模型等，有待于进一步研究。

2. 研究内容和预期目标

本论文要求学生在查阅文献的基础上，设计合成一种基于并二噻吩的光伏材料。研究确定具体的合成工艺条件，对产物的结构进行表征，并对其基本的光伏性能进行评价。具体研究内容如下：

1、利用现代科技文献的查阅方法和手段，如internet、网上图书馆、电子期刊等数据库，查阅有关研究有机敏化染料的合成与应用方面的科技文献资料，并对文献进行综合、分析、研究。 在此基础上，设计合成一种基于并二噻吩的光伏材料，拟定出具体实验方案，写出开题报告。

2、查阅文献，设计合成路线，确定具体合成条件，合成出一种基于并二噻吩的光伏材料，通过实验训练培养动手能力、独立思考问题解决问题的能力和初步的科研能力。

3、对所合成的产物结构进行表征（1hnmr、ir、元素分析等）。

3. 研究的方法与步骤

参考合成路线如下：

4. 参考文献

[1] Challuri Vijay Kumar,Dimitrios Raptis et al. Study of an indoline-phenothiazine based organic dye for Dye-Sensitized Solar Cells.Theoretical calculations and experimental data[J]. organic electronics,25(2015),66-73

[2] Nanjia Zhou, Kumaresan Prabakaran, Byunghong Lee et al. Metal-Free Tetrathienoacene Sensitizers for High-Performance Dye-sensitized Solar Cells[J]. J.Am.Chem.Soc.2015,137,4414-4423.

[3] Xuxu Liu, Jun Long et al. Effect of structural modification on the performances of phenothiazine-dye sensitized solar cells[J].Dyes and pigments,121(2015),118-127

5. 计划与进度安排

（1）2022-2-29~2022-3-13（第二周~第三周）在查阅文献资料的基础上，写出开题报告，并准备实验药品和实验仪器。

（2）2022-3-14~2022-6-12（第四周~第十六周）完成合成实验、性能测试及结构表征。

（3）2022-6-13~2022-6-17（第十七周）撰写毕业论文，并准备答辩。

（4）2022-6-18~2022-6-21（第十七周末~第十八周初）毕业答辩。