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研究生： 許惠筑
論文名稱： 中性釕金屬光敏染料合成及在DSSC上之應用
指導教授： 季昀
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2010
畢業學年度： 98
語文別： 中文
論文頁數： 139
中文關鍵詞： 染料敏化太陽能電池
外文關鍵詞： DSSC
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    • 在論文的第一部分利用實驗室常用的pyridine pyrazolate配位基進行延長共軛的修飾，與4,4’4’’-tricarboxyl-2,2’:6’,2’’-terpyridine配位基合成出中性且具有廣泛吸光的釕金屬染料。利用延長共軛提高吸光係數，並調整HOMO、LUMO能階，達到最適合電子傳遞的大小，而此系列在元件的表現上也有不錯的轉換效率。第二部分則是利用4,4’-carboxy-2,2’-bipyridine及pyridyl pyrazolate配位基合成出一系列中性並無thiocyanate (NCS)配位基的釕金屬染料，此系列染料具有不錯的吸光能力，並且不具NSC單牙配位基，而提升整體元件的穩定性。除了元件耐久性增加之外，在元件上可達9.5 %的光電轉換效率。第三部分則是延續第二部分的結果，將pyridyl pyrazolate配位基上的pyrazolate修飾共軛，希望提高HOMO能階，達到光譜紅位移的目的，但因為pyrazolate與thiophene兩個五員環之間並非共平面的結構，導致電子無法有效地共軛，而整體元件轉換效率為8.6 %。

    目錄………………………………………………………………………i 圖目錄…………………………………………………………………………v 表目錄…………………………………………………………………viii 第一章、緒論 1 第一節、前言 1 第二節、DSSC的結構與工作原理 3 第三節、DSSC元件的相關參數 7 第四節、DSSC染料發展 10 (一)有機金屬染料 11 (二)純有機染料 21 第五節、DSSC電解質種類 25 (一)液態電解質 25 (二)膠態或凝固態電解質 27 (三)固態電解質 29 第六節、研究目的 31 第二章、實驗部分 32 第一節、試劑與藥品 32 第二節、分析儀器 32 (1)核磁共振光譜《Nuclear Magnetic Resonance，NMR》 32 (2)質譜分析《Mass Spectrometer，MS》 32 (3)元素組成分析《Elemental Analysis，EA》 33 (4)X-ray單晶繞射《X-ray Single Crystal Diffractometer，XRD》 33 (5)紫外-可見光光譜儀《Ultraviolet-Visible Spectrometer，UV-VIS》 33 (6)螢光光譜儀《Fluorescence Spectrophotometer，PL》 33 (7)循環伏特計量法 《Cyclic Voltammeter，CV》 33 (8)理論計算方法《Time-dependent Density Function Theory, TD-DFT》34 (9)電池組裝與元件量測 34 第三節、染料的合成 37 1.配位基的合成 37 合成(L1) 40 合成(L2) 46 合成(L3) 48 合成(L4) 51 合成(L5) 52 合成(L6) 56 2.釕金屬錯合物之合成 57 第一部分、Ru(pyridyl pyrazole)(H3tctpy)(NCS)系列 57 合成Ru(L1)(H3tctpy)(NCS)錯合物 (1a) 62 合成Ru(L3)(H3tctpy)(NCS)錯合物 (2a) 63 合成Ru(L4)(H3tctpy)(NCS)錯合物 (3a) 64 合成Ru(L5)(H3tctpy)(NCS)錯合物 (4a) 65 第二部分、Ru(L)2(H2dcbpy)系列 66 合成Ru(L1)2(H2dcbpy)錯合物 (1b) 70 合成Ru(L1)2(H2dcbpy)錯合物 (1b-1) 71 合成Ru(L1)2(H2dcbpy)錯合物 (1b-2) 72 合成Ru(L2)2(H2dcbpy)錯合物 (2b) 72 合成Ru(L3)2(H2dcbpy)錯合物 (3b) 74 第三部分、Ru(L6)2(H2dcbpy)系列 75 合成Ru(L6)2(H2dcbpy)錯合物 (4b) 76 合成Ru(L6)2(H2dcbpy)錯合物 (4b-2) 77 第三章、結果與討論 78 第一部分、Ru(pyridyl pyrazole)(H3tctpy)(NCS)系列 78 第一節、染料1a ~ 4a的合成與鑑定 79 第二節、染料1a ~ 4a的光物理性質 80 2-1染料1a、2a與PRT4的光物理比較 80 2-2染料3a、4a與PRT2、PRT4的光物理比較 82 第三節、染料1a ~ 4a的電化學性質 84 第四節、DFT理論計算結果與探討 87 第五節、染料1a ~ 4a元件的製備與探討 91 第二部分、Ru(L)2(H2dcbpy)系列 94 第一節、染料1b ~ 3b的合成與鑑定 95 第二節、染料1b ~ 3b的光物理性質 98 第三節、染料1b ~ 3b的電化學性質 101 第四節、DFT理論計算結果與探討 104 第五節、染料1b~ 3b元件的製備與探討 107 第六節、染料1b的異構物 112 6-1合成與鑑定 112 6.2染料1b異構物之光物理性質 116 6.3染料1b異構物之電化學性質 118 6.4染料1b異構物之元件製備與探討 120 第三部分、Ru(L6)2(H2dcbpy)系列 123 第一節、染料4b的合成與鑑定 124 第二節、染料4b的光物理性質 126 第三節、染料4b的電化學性質 128 第四節、DFT理論計算結果與探討 130 第五節、染料4b元件的製備與探討 131 第四章、結論 134 第一部分、Ru(H3tctpy)(NCS)系列 134 第二部分、Ru(L)2(H2dcbpy)系列 135 第三部分、Ru(L6)2(H2dcbpy)系列 136 第五章、參考文獻 137 附錄、染料1a ~ 4b的1H-NMR光譜圖……………………………………………..a   圖目錄 <圖 1 > DSSC的元件結構 3 <圖 2 > 常見金屬氧化物的能階圖 4 <圖 3 > DSSC的工作原理 5 <圖 4 > DSSC各界面的電子傳遞路徑 6 <圖 5 > 一般太陽能電池電壓對電流顯示圖 7 <圖 6 > AM值示意圖 9 <圖 7 > 染料N3、N719及black dye的結構 11 <圖 8 > 染料N3和black dye的IPCE光譜圖 12 <圖 9 > 染料Z907、Z910及K19的結構 12 <圖 10 > 染料Z907、Z910及K19的吸收光譜 13 <圖 11 > 染料N719、Z907及K19在80℃的長效測試 13 <圖 12 > 染料cis-[Ru(H2dcpq)2(NCS)2]的結構及吸收和放光光譜 14 <圖 13 > 染料N886的結構及N719 (濃度:3.5×10-5M)與N886 (濃度:3.5×10-5M)的吸收光譜 15 <圖 14 > 染料CYC-B3、SJW-E1及CYC-B1的結構 15 <圖 15 > 染料CYC-B11結構、吸收光譜及長效測試 16 <圖 16 > 染料K8、K9及K23的結構 17 <圖 17 > 染料BTC-1結構及吸附在3.3 μm TiO2上的吸收光譜 17 <圖 18 > 化合物(6) – (8)的結構及於DMF中的吸收光譜 18 <圖 19 > 染料CK1、CK2、HY1及HY2結構 19 <圖 20 > 染料PRT1 – PRT4的結構及在DMF下的吸收光譜和理論計算 19 <圖 21 > 不具NCS的染料結構及IPCE光譜 20 <圖 22 > 有機染料D-π-A的設計概念 21 <圖 23 > LJ5 –LJ7的結構及IPCE光譜圖 22 <圖 24 > 染料LJ1的結構和I-V曲線及IPCE光譜圖 22 <圖 25 > 染料A1、A2-F、A2-H的結構和I-V曲線及IPCE光譜圖 23 <圖 26 > 染料D21L6及C218的結構和在TiO2上的吸收光譜 24 <圖 27 > 新穎的T－/ T2氧化還原對 26 <圖 28 > 半固態DSSC的設計及基本架構 28 <圖 29 > 有機凝膠化合物的結構 28 <圖 30 > ss-DSSCs的運作機制 29 <圖 31 > 電洞傳輸層的結構 29 <圖 32 > 染料D149的結構 30 <圖 33 > PRT2、PRT4的結構 78 <圖 34 > 染料1a、2a和PRT4於DMF溶液中的吸收光譜 80 <圖 35 > 染料3a、4a及PRT2、PRT4於DMF溶液中的吸收光譜 82 <圖 36 > 染料1a ~ 4a於DMF溶液中的放光光譜 83 <圖 37 > 染料cis-[Ru(H2dcpq)2(NCS)2]結構 85 <圖 38 > 染料[Ru(H3tctpy)(tbbpy)Cl]PF6及[Ru(H3tctpy)(dmpyq)Cl]PF6的結構 86 <圖 39 > 染料1a ~ 4a的HOMO及LUMO能階 86 <圖 40 > 染料1a ~ 4a的IPCE光譜圖 92 <圖 41 > 染料1a ~ 4a的I-V曲線圖 92 <圖 42 > 染料1a ~ 4a電化學阻抗光譜 93 <圖 43 > M. Gr□tzel教授發表的新型non-NCS染料 94 <圖 44 > 錯合物TFRS-1的結構 95 <圖 45 > 化合物TFRS-0的晶體結構ORTEP圖 96 <圖 46 > 染料1b ~ 3b於DMF溶液中的吸收光譜 98 <圖 47 > 染料1b、2b在6μm TiO2上的吸收光譜 100 <圖 48 > 染料1b ~ 3b於DMF溶液中的放光光譜 100 <圖 49 > 染料1b ~ 3b的溶液態電化學圖 101 <圖 50 > 染料1b ~ 3b的HOMO及LUMO能階 103 <圖 51 > 染料TFRS-1於DMF下的吸收光譜及TDDFT理論計算數據 105 <圖 52 > 染料1b於DMF下的吸收光譜及TDDFT理論計算數據 106 <圖 53 > 染料2b於DMF下的吸收光譜及TDDFT理論計算數據 106 <圖 54 > 染料1b ~ 3b的IPCE光譜圖 108 <圖 55 > 染料1b ~ 3b的I-V曲線圖 109 <圖 56 > 染料1b、2b的電化學阻抗光譜 110 <圖 57 > 染料1b的長效測試 111 <圖 58 > 1b異構物的結構 112 <圖 59 > 酯類E1的1H-NMR光譜圖 113 <圖 60 > 酯類E1-2的1H-NMR光譜圖 114 <圖 61 > 化合物TFRS-0-2的晶體結構ORTEP圖 114 <圖 62 > 染料1b-1、1b、1b-2於DMF溶液中的吸收光譜 116 <圖 63 > 染料1b-1、1b、1b-2於DMF溶液中的放光光譜 117 <圖 64 > 染料1b異構物的溶液態電化學圖 119 <圖 65 > 染料1b異構物的HOMO及LUMO能階 119 <圖 66 > 染料1b異構物的I-V曲線圖 121 <圖 67 > 染料1b-1、1b、1b-2的IPCE光譜圖 122 <圖 68 > 染料4b和4b-2於DMF溶液中的吸收光譜 126 <圖 69 > 染料4b和4b-2的溶液態電化學圖 129 <圖 70 > 染料4b和4b-2的HOMO及LUMO能階 129 <圖 71 > 染料1b、4b和4b-2的IPCE光譜圖 132 <圖 72 > 染料1b、4b和4b-2的I-V曲線圖 133   表目錄 表 1、染料1a ~ 4a電化學相關數據 84 表 2、染料PRT4的DFT理論計算數據 88 表 3、染料3a的DFT理論計算數據 89 表 4、染料4a的DFT理論計算數據 90 表 5、染料1a ~ 4a元件相關數據 91 表 6、錯合物TFRS-0的選擇性鍵長[□] 96 表 7、化合物TFRS-0的晶體繞射數據 97 表 8、染料1b ~ 3b的相關電化學數據 102 表 9、染料1b、2b的DFT理論計算數據 104 表 10、染料1b ~ 3b元件相關數據 107 表 11、錯合物TFRS-0-2的選擇性鍵長[□] 114 表 12、化合物TFRS-0-2的晶體繞射數據 115 表 13、染料1b異構物的電化學相關數據 118 表 14、染料1b異構物的元件相關數據 120 表 15、染料4b和4b-2電化學相關數據 128 表 16、染料4b的理論計算數據 130 表 17、染料4b和4b-2元件相關數據 131

    1.土屋健, Newton量子科學子雜誌, 2009, 26, 牛頓出版
    2.Gon□alves, L. M.; Bermudez, Ve. Z.; Ribeiro, H. A.; Mendes, A. M. Energy Environ 2008, 1, 655 – 667.
    3.張正華, 李陵嵐, 葉楚平, 楊平華, 有機與塑膠太陽能電池, 2008, 五南出版
    4.Fortunato, E.; Ginley, D.; Hosono, H.; C. Paine, D. MRS BULLETIN 2007, 32, 424 – 427.
    5.Gr□tzel, M. Nature 2001, 414, 338 – 344.
    6.Robertson, N. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2338 – 2345.
    7.Ooyama, Y; Harima, Y. Eur. J. Org. Chem. 2009, 2009, 2903 – 2934.
    8.Jeonc, J. Laser Focus World 2007, 43, 71.
    9.Nazeeruddin, M. K.; Kay, A.; Rodicio, I,; Humpbry-Baker, R.; Miiller, E.; Liska, P.; Vlachopoulos, N.; Gr□tzel, M. J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 6382 – 6390.
    10.Nazeeruddin, M. K.; P□chy, P.; Renouard, T.; Zakeeruddin, S. M.; Humpbry-Baker, R.; Comte, P.; Liska, P.; Cevey, L.; Costa, E.; Shklover, V.; Spiccia, L.; Deacon, G. B.; Bignozzi, C. A.; Gr□tzel, M. J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 1613 – 1624.
    11.Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Moser, J. E.; Nazeeruddin, M. K.; Sekiguchi, T.; Gr□tzel, M. Nat. Mater., 2003, 2, 402 – 408.
    12.Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Moser, J. E.; Humpbry-Baker, R.; Comte, P.; Aranyos, V.; Hagfeldt, A.; Nazeeruddin, M. K.; Gr□tzel, M. Ads. Mater., 2004, 16, 1806 – 1811.
    13.Wang, P.; Klein, C.; Humphry-Baker, R.; Zakeeruddin, S. M.; Gr□tzel, M. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 808 – 809.
    14.Yanagida, M.; Islam, A.; Tachibana, Y.; Fujihashi, G.; Katoh, R.; Sugihara, H.; Arakawa, H. New J. Chem., 2002, 26, 963 – 965.
    15.Barolo, C.; Nazeeruddin, M. K.; Fantacci, S.; Censo, D. D.; Comte, P.; Liska, P.; Viscardi, G.; Quagliotto, P.; Angelis, F. D.; Ito, S.; Gr□tzel, M. Inorg. Chem., 2006, 45, 4642 – 4653.
    16.Chen, C.-Y.; Wu, S.-J.; Li, J.-Y.; Wu, C.-G.; Chen, J.-G.; Ho K.-C. Adv. Mater., 2007, 19, 3888–3891.
    17.Chen, C.-Y.; Wu, S.-J.; Wu, C.-G.; Chen, J.-G.; Ho K.-C. Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 5822 – 5825.
    18.Chen, C.-Y.; Wang, M.; Li, J.-Y.; Pootrakulchote, N.; Alibabaei, L.; Ngoc-le, C.-H.; Decoppet, J.-D.; Tsai, J.-H.; Gr□tzel, C.; Wu, C.-G.; Zakeeruddin, S. M.; Gr□tzel, M. ACSNANO, 2009, 3, 3103 – 3109.
    19.Klein, C.; Nazeeruddin, M. K.; Liska, P.; Censo, D. D.; Hirata, N.; Palomares, E.; Durrant, J. R.; Gr□tzel, M. Inorg. Chem., 2005, 44, 178 – 180.
    20.Jang, S.-R.; Yum, J.-H.; Klein, C; Kim, K.-J.; Wagner, P.; Officer, D.; Gr□tzel, M.; Nazeeruddin, M. K. J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 1998 – 2003.
    21.Mishra, A.; Pootrakulchote, N.; Fischer, M. K. R.; Klein, C.; Nazeeruddin, M. K.; Zakeeruddin, S. M.; B□uerle, P.; Gr□tzel, M. Chem. Commun., 2009, 7146 – 7148.
    22.Chen, K.-S.; Liu, W.-H.; Wang, Y.-H.; Lai, C.-H.; Chou, P.-T.; Lee, G.-H.; Chen, K.; Chen, H.-Y.; Chi, Y.; Tung, F.-C. Adv. Funct. Mater., 2007, 17, 2964 – 2974.
    23.Chen, K.; Hong, Y.-H.; Chi. Y.; Liu, W.-H.; Chen, B.-S.; Chou, P.-T. J. Mater. Chem., 2009, 19, 5329 – 5335.
    24.Chen, B.-S.; Chen, K.; Hong, Y.-H.; Liu, W.-H.; Li, T.-H.; Lai, C.-H.; Chou, P.-T.; Chi, Y.; Lee, G.-H. Chem. Commun., 2009, 5844 – 5846.
    25.Bessho, T.; Yoneda, E.; Yum, J.-H.; Guglielmi, M.; Tavernelli, I.; Imai, H.; Rothlisberger, U.; Nazeeruddin, M. K.; Gr□tzel, M. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 5930 – 5934.
    26.Mishra, A.; Fischer, M. K. R.; B□uerle, P. Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 2474 – 2499.
    27.Li, Y.-T.; Chen, C.-L.; Hsu, Y.-Y.; Hsu, H.-C.; Chi, Y.; Chen, B.-S.; Liu, W.-H.; Lai, C.-H.; Lin, Y.-Y.; Chou, P.-T. Tetrahedron, 2010, 66, 4223 – 4229.
    28.Liu, W.-H.; Wu, I.-C.; Lai, C.-H.; Lai, C.-H.; Chou, P.-T.; Li, Y.-T.; Chen, C.-L.; Hsu, Y.-Y.; Chi, Y. Chem Commun., 2008, 5152 – 5154.
    29.Li, R.; Liu, J.; Cai, N.; Zhang, M.; Wang, P. J. Phys. Chem. B, 2010, 114, 4461 – 4464.
    30.Wu, J.; Lan, Z.; Hao, S.; Li, P.; Lin, J.; Huang, M.; Fang, L.; Huang, Y. Pure Appl. Chem., 2008, 80, 2241 – 2258.
    31.Wang, M.; Chamberland, N.; Breau, L.; Moser, J.-E.; Humphry-Baker, R.; Marsan, B.; Zakeeruddin, S. M.; Gr□tzel, M. Nat. Chem., 2010, 2, 385 – 389.
    32.Durrant, J. R.; Haque, S. A. Nat. Mater., 2003, 2, 362 – 363.
    33.Mohmeyer, N.; Wang, P.; Schmidt, H.-W.; Zakeeruddin, S. M.; Gr□tzel, M. J. Mater. Chem., 2004, 14, 1905 – 1909.
    34.Mohmeyer, N.; Kuang, D.; Wang, P.; Schmidt, H.-W.; Zakeeruddin, S. M.; Gr□tzel, M. J. Mater. Chem., 2006, 16, 2978 – 2983.
    35.Bach, U.; Comte, P.; Moser, J. E.; Weiss□rtel, F.; Salbeck, J.; Spreitzer, H.; Gr□tzel, M. Nature, 1998, 395, 583 – 585.
    36.Reddy, P. Y.; Giribabu, L.; Lyness, C.; Snaith, H. J.; Vijaykumar, C.; Chandrasekharam, M.; Lakshmikantam, M.; Yum, J.-H.; Kalyanasundaram, K.; Gr□tzel, M. Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 373 – 376.
    37.Konno, A.; Kumara, G. R. A.; Kaneko, S.; Onwona-Agyeman, B.; Tennakone, K. Chemisrty Letters, 2007, 36, 716 – 717.
    38.Shi, D.; Pootrakulchote, N.; Li, R.; Guo, J.; Wang, Y.; Zakeeruddin. S. M.; Gr□tzel, M.; Wang, P. J. Phys. Chem. C., 2008, 112, 17046 – 17050.
    39.Matharu, A. S.; Cowling, S. J.; Wright, G. Liquid Crystals, 2007, 34, 489 – 506.
    40.Pathak, R.; Nhlapo, J. M.; Govender, S.; Michael, J. P.; Otterlo, W. A. L.; Koning, C. B. D. Tetrahedron, 2006, 62, 2820 – 2830.
    41.Slade, D. J.; Pelz, N. F.; Bodnar, W.; Lampe, J. W.; Watson, P. S. J. Org. Chem., 2009, 74, 6331 – 6334.
    42.WO2006074281A2.
    43.Hagberg, D. P.; Edvinsson, T.; Marinado, T.; Boschloo, G.; Hagfeldt, A.; Sun, L. Chem. Commun., 2006, 2245 – 2247.
    44.Altobello, S.; Argazzi, R.; Caramori, S.; Contado, C.; Fr□, S. D.; Rubino, P.; Chon□, C.; Larramona, G.; Bignozzi, C. A. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 15342 – 15343.
    45.Janzen, D. E.; Wang, X.; Carr, P. W.; Mann, K. R. Inorganica Chimica Acta, 2004, 357, 3317 – 3324.

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