學位論文
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Item 含有反式二苯乙烯發色團的雙偶極有機材料應用於染料敏化太陽能電池(2012) 徐榕蓉; Jung Jung Hsu我們設計並合成一系列含有反式二苯乙烯為架橋結構的分子，並分別以對位或間位共軛為連接組成共軛系統，與兩端的電子予體及電子受體形成一雙偶極染料分子，應用於染料敏化太陽能電池。理想的架橋應該是要能作為促進電子從電子予體傳遞至受體時的管道，並且抑制反方向的電子再合併。為了瞭解對位及間位共軛在結構上不同的效應，我們討論其光物理性質和元件效率；另外也將離子性液體電解質和改變染料浸泡溶劑作為製備元件的變因，觀察其特性。 由於間位共軛的電子耦合本質上就相較於對位共軛弱，然而近來發現在電子激發態時它們是不相上下的，尤其間位共軛較長的激發子生命期使得電子再合併不易，有利於提升元件效率；然而因為間位共軛使得分子共軛系統較短，造成光電流形成的低落，仍然是影響元件效率的主因，並且還有待改善，可以從調整分子結構來著手。在我們實驗的結果顯示，化合物(PP)展現了最好的光電轉換效率5.34%；含有間位共軛的化合物(PPM)則展現了不錯的2.89%效率。Item 新穎非對稱鋅酞青素之合成與鑑定及其在染料敏化太陽能電池之應用(2013) 張富傑; Chang Fu Chieh鋅酞青素常被使用於染料敏化太陽能電池，因為它能吸收近紅外光及紅光波段之太陽光以及具有良好光及化學穩定性。我們成功合成三種鋅酞青素染料35TN、TThC與TThCA。並分別用核磁共振光譜儀(NMR)、質譜儀鑑定化合物之結構；並由紫外/可見光光譜儀及循環電位儀了解化合物之HOMO、LUMO與吸收光譜；低能量表面功函數量測儀(AC-2)得知化合物在固態時之能階；理論計算模擬化合物在激發態時墊子躍遷的情形；更進一步將染料製作染敏太陽能電池探討其光電轉換效率，結果將與TT1、TT7與35T比較。 在模擬太陽光AM 1.5 (100 mW/cm2) 照射下，利用浸泡式與液滴式的方式製作太陽能電池元件，其酞青素染料分子的光電轉換效率浸泡式分別為TT1 (3.24 %)、TT7 (1.26 %)、TThC (1.34 %)、TThCA (2.13 %)、35T (1.12 %)及35TN (1.42 %)；而液滴式分別為TT1 (1.47 %)、TT7 (1.88 %)、TThC (1.73 %)、TThCA (1.33 %)、35T (0.93 %)及35TN (1.65 %)。Item 以 1,3-環己二烯及芴官能基為主體之有機染料研究及其染料敏化太陽能電池應用(2012) 謝毅穎本文中探討以芴基 (fluorenyl) 為推電子端，羧酸根為拉電子基團，而推拉電子基團中間以不同的共軛片段，如苯環、噻吩 (thiophene) 及1,3-環己二烯，設計成推電子端- 共軛-拉電子端 (Donor- conjugated system-Acceptor (D--A) 形式的染料 dh19、dh123、dh。本文中成功合成出染料 dh19 及 dh123，分別進行了核磁共振結構鑑定、高解析質譜結構鑑定、紫外光-可見光吸收光譜、循環伏特安培法、太陽能電池的光電轉換效率、EIS (electrochemical impedance spectroscopy) 等的實驗。以 AM 1.5 irradiation (100 mW/cm2) 所測得光電轉換效率，以 dh123 = 3.63% 為最高，其中 dh123 的 Jsc = 8.23 mA/cm2 高於 dh19 許多，推測可能原因是 dh123 有較出色的吸收光子能力，不論是消光係數還是紫外光-可見光吸收光譜波長涵蓋範圍，dh123 皆是較優秀的，而且 dh19 及 dh123 在吸附量上差異不大，因此 dh123 擁有較大的電流密度。Item 可作為敏染太陽能電池之雙錨基咪唑光敏染料(2014) 林則言本篇論文開發了引入imidazole於電子予體與電子受體間之共軛鏈的光敏染料，並製成染敏型太陽能電池。利用carbazole或arylamine為電子予體，引入於imidazole之2號碳原子，並引入2-cyanoacetic acid於imidazole之4、5號碳原子，作為電子受體兼錨基。這樣的雙錨基分子設計可能有利於分子的光收成與增進光激發後分子注入電子於之TiO2能力。開發染料分子所涉及的重要有機反應包括Debus-Radziszewski imidazole synthesis、Stille Coupling與Knoevenagel condensation。新染料分子之物理特性並經UV-Vis.吸收光譜、微分脈衝伏安法，測量其光物理及電化學鑑定。這些染料分子在300−600 nm波段有高的分子吸收消光係數。由於明顯的分子堆疊，導致太陽能電池的效率只是中等。加入CDCA (chenodeoxycholic acid)為共吸附劑後效率可提升42–61%。最佳元件(加入50 mM CDCA)效率可達4.55%，為N719建構標準元件之61%。Item 以Phenothiazine為中心之雙錨基光敏染料與染敏太陽能電池(2014) 廖攸雅; You-Ya Liao在本論文研究中， 我們藉由Suzuki 偶合反應、Stille 偶合反應、Vilsmeier-Haack 醛化反應以及Knoevenagel 縮合反應等化學方法，合成一系列以硫二苯胺(phenothiazine)為電子予體並經由不同結構的共軛架橋連接兩個電子受體形成HL 系列之雙錨式光敏染料，並應用於染料敏化太陽能電池。 藉由循環伏安法（cyclic voltammetry）、差式脈衝伏安法（differential pulse voltammetry）以及可見-紫外光光譜儀（UV-Vis absorption spectra），我們發現相較於單錨式光敏染料，雙錨式光敏染料有更好的光收成。這些化合物也可成功製成染料敏化太陽能電池，在光照下染料分子可以順利注入電子於TiO2，以及接受電解質之電子而再生。我們也對這些分子進行理論計算之探討，並發現化合物吸光後應有良好之電荷轉移。 透過元件測試發現，雙錨式光敏染料比單錨式光敏染料確實擁有更有效的電子注入路徑，以及較佳的光收成能力。雙錨式光敏染料在共軛架橋中引入烷基鏈可有效減少染料間的堆疊並抑制暗電流，除此之外在硫二苯胺單元氮原子的位子引入2,6-bis(hexyloxy)phen-1-yl (BP-C6)基團，更將吸光範圍大幅的紅位移，同時強化抑制染料間的堆疊現象，以及降低產生暗電流的機會，引入增加支鏈的2,6-bis(ethylhexyloxy)phen-1-yl (BP-C8)基團，更強化染料抑制暗電流的能力。此HL 系列染料中，最好的光電轉換效率高達8.32%，已超越N719 (7.35%)建構之標準元件。Item 含dithiafulvalene單元之二聚體式光敏染料及其在染敏太陽能電池上之應用(2013) 李庭輝; Lee, Ting-Hui在本論文研究中，我們藉由Suzuki 偶合反應、Stille偶合反應、Horner-Wittig 縮合反應、Vilsmeier-Haack醛化反應以及Knoevenagel縮合反應等化學方法，合成出以dithafulvalene（DTF）單元作為電子予體（electron donor），苯環（benzene）、噻吩（thiophene）或芴（fluorene）作為共軛架橋（spacer），以及以2-cyanoacrylic acid作為電子受體（electron acceptor）所組成的一系列單體式染料M1、M2和M4，以及二聚體式染料D2–D5。 藉由循環伏安法（Cyclic voltammetry）、差式脈衝伏安法（Differential Pulse Voltammetry）以及可見-紫外光光譜儀（UV-Vis absorption spectra），我們可以測得化合物在溶液狀態下的HOMO及LUMO能階，以及分子的光收成的能力。我們也對這些分子進行理論計算之探討。 以此系列化合物作為染料敏化太陽能電池（dye-sensitized solar cells (DSSCs) ）的光敏劑，其光電轉換效率表現介於2.11至 5.24％間。二聚體式（dimer-type）染料能夠有效的抑制染料與染料間的堆疊現象（π-π stacking），且也能夠保護TiO2光電極，降低電解質因靠近電極表面而產生暗電流（dark curent）的機會。本研究並以電化學阻抗分析（electrochemical impedance spectroscopy）來探討元件中的電子注入與電子再結合。Item 以二噻富烯作為電子供體部分之染料敏化太陽能電池系列染料(2016) 解榮航; Hsieh, Jung-Hang在本研究中，我們設計出一系列D-π-A 型式，可作為染料敏化太陽能電池（dye-sensitized solar cells (DSSCs) ）光敏染料。染料分子是以dithafulvalene（DTF）片段作為染料敏化太陽能電池之光感染料之電子予體（electron donor），並引入8H-茚并-[2,1-b]-噻吩作為共軛片段之核心，並引入thiophene或bithiophene以及3-hexylthiophene於共軛片段，並嘗試引入不同長碳鏈於DTF片段。 利用到一系列有機合成反應，包括Stille Coupling, Grignard reaction, Vilsmeier–Haack reaction, knoevenagel condensation來成功合成出此一系列有機染料，後再以可見-紫外光光譜儀（UV-Vis absorption spectra），光致發光（Photoluminescence），循環伏安法（Cyclic voltammetry），來測量染料之吸光、放光波段以及最高電子填滿軌域 (HOMO), 最低電子未填滿軌域 (LUMO)等各種光物理性質，DTF系列染料在400−600 奈米波長範圍有良好的吸光效益，以DTF-1染料所製備之染料敏化太陽能電池，在加入CDCA後可增進20%左右效益，其光電轉換效益達5.53%。為N719標準染料的67%。