染料敏化太陽電池分子結構的調控設計與表征.pdf

1、本論文以有機染料為核心，以不同類型的電子受體來實現(xiàn)有機染料與半導體介孔膜的連接，并引入不同的雜環(huán)芳香基團作為π共軛單元，以理論計算作為指導，來研究更高的摩爾吸收系數(shù)，更好的寬光譜響應的D-π-A有機染料敏化劑，提高染料敏化太陽能電池的綜合光電轉換效率。利用激光光譜等技術來研究器件納米界面的染料再生與電荷復合等電子轉移過程，理解染料分子結構與分子能級、光捕獲、電子運輸以及器件光伏性能之間的關系，為進一步的分子設計提供理論和實驗上的依據(jù)。主

2、要的實驗內容及結論如下：
　　1.通過采用以苯環(huán)為π共軛單元和以并二噻吩取代苯環(huán)為新的π共軛結構的兩個D-π-A型有機染料（分別命名為EF1和EF2），我們系統(tǒng)地研究了染料分子π結構的改變對染料敏化太陽電池中的一些重要光伏參數(shù)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，相對于苯環(huán)，富電子能力更強的并二噻吩為核的π單元使染料分子的激發(fā)態(tài)氧化還原電位負移0.29 eV，而對染色二氧化鈦薄膜的導帶底則影響較小。這兩個因素的綜合作用使得EF2電池中的二氧化鈦/染料

3、界面形成了更有利于電子注入的能級排列，表現(xiàn)為該電池較高的電子注入效率和IPCE峰值。其次通過分子填孔技術修復缺陷來構筑低缺陷的光電功能分子的自組裝膜，通過減少染料分子間的聚集可以使兩個染料分子分別獲得了5.1％和10.0%的光電轉化效率。
　　2.通過采用以氰基丙烯酸為受體和以三鍵苯并噻二唑苯甲酸為強受體的兩個D-π-A有機染料（分別命名為EF3和EF4），相對于氰基丙烯酸這種弱電子受體，三鍵苯并噻二唑苯甲酸為受體構成的染料分子具

4、有更窄的電子能隙。此外這兩種受體構成的染料分子可能與二氧化鈦層形成不同的鍵合方式。這兩個因素的綜合作用使得EF4電池中的二氧化鈦/染料界面形成了更有利于電子注入的能級排列，表現(xiàn)出了電池較高的IPCE峰值。另一方面，電荷提取和光電壓衰減等手段分析表明在采用氰基丙烯酸為受體的染料分子中，染料敏化太陽電池中二氧化鈦/電解質界面電荷復合的電子反應級數(shù)顯著低于以三鍵苯并噻二唑苯甲酸為受體構成的的染料分子，對應一個明顯較慢的復合反應動力學，從而使得