共軛橋電子和空間效應(yīng)對光敏染料性能的影響研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSCs)具有成本低廉、制作工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前太陽能光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。用于捕獲太陽光子的光敏染料是DSSCs最核心的組成部分，其光物理、電化學(xué)性質(zhì)直接影響著太陽能電池器件的性能。本論文設(shè)計(jì)合成了三個(gè)系列新型的D-π-A型有機(jī)光敏染料，通過核磁共振和質(zhì)譜等手段對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并通過紫外可見吸收光譜、熒光光譜、循環(huán)伏安法研究了它們的光物理和電化學(xué)性質(zhì)，最后，應(yīng)用這些染料制作了染料敏化太陽能電池，并測試

2、了器件的光電性能。主要的研究內(nèi)容如下:
　　(1)設(shè)計(jì)合成了以苯并噻唑?yàn)楣曹棪袠?、三苯胺為電子給體和氰基丙烯酸為電子受體的D-π-A型有機(jī)光敏染料，并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池。通過使用苯并噻唑代替?zhèn)鹘y(tǒng)π橋中的苯基，提高了染料分子的摩爾消光系數(shù)，并使染料分子的吸收光譜發(fā)生輕微紅移，所制作的電池短路電流密度得到提高，從而得到了較高的光電轉(zhuǎn)換效率。其中，使用染料DBT1和DBT2制作的電池光電轉(zhuǎn)換效率分別為5.85％和5.43％，均

3、高于以苯基為共軛π橋的染料DPB的光電轉(zhuǎn)換效率(4.24％)。相同條件下，使用參比染料N719制作的電池光電轉(zhuǎn)換效率為7.16％。
　　(2)設(shè)計(jì)合成了三個(gè)以芴衍生物為共軛π橋、二苯胺為電子給體和氰基乙酸為電子受體的D-π-A型有機(jī)光敏染料，并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池。其中，染料F1吸附在TiO2表面容易發(fā)生π-π堆積而導(dǎo)致較低的短路電流密度;以苯基取代芴π橋的染料F2發(fā)生π-π堆積現(xiàn)象明顯，其DSSCs的短路電流密度最小;以

4、正己基取代芴π橋的染料F3可以有效防止π-π堆積，顯著提高DSSCs的短路電流。在沒有共吸附劑的DSSCs中，F(xiàn)3染料敏化的太陽能電池的光電性能明顯優(yōu)于F1和F2，光電轉(zhuǎn)換效率最高，達(dá)到5.15％。
　　(3)設(shè)計(jì)合成了三個(gè)以菲并噻二唑?yàn)楣曹棪袠?、二苯胺為電子給體和氰基乙酸為電子受體的D-π-A型有機(jī)光敏染料，并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池。在AM1.5 G，100 mW· cm-2光照條件下，PTZ3染料敏化的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換