基于鈷基電解質(zhì)的三聚茚基光敏染料的研究.pdf

1、自從O'Regan和Gratzel報(bào)道了有機(jī)染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)之后，DSSC由于自身優(yōu)點(diǎn):低成本和大規(guī)模應(yīng)用的高潛力，受到越來越多的學(xué)者的關(guān)注。到目前為止，基于碘基電解質(zhì)的釕基染料敏化DSSC，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到11.4％。但是，碘基電解質(zhì)自身存在的缺陷制約了DSSC光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高，鈷基電解質(zhì)的使用為DSSC光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高帶來了新的機(jī)遇。目前，基于鈷基電解質(zhì)的有機(jī)光敏染料的研究報(bào)道很少，并且研究發(fā)現(xiàn)僅僅將

2、碘基電解質(zhì)換為鈷基電解質(zhì)，電池性能并未明顯提高。
　　 鑒于此，本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)合成新型有機(jī)染料，著力提高其光捕獲能力和抑制電子復(fù)合能力，使之能適用于鈷基電解質(zhì)。本課題按照這樣的思路設(shè)計(jì)，經(jīng)過Stille偶聯(lián)反應(yīng)，Vilsmeier-Haack反應(yīng)，Wittig反應(yīng)以及Knoevenagel縮合等反應(yīng)，合成了六種均以三聚茚修飾的三芳胺為供電基團(tuán)，氰基乙酸為電子受體，以環(huán)氧噻吩(EDOT)，環(huán)氧噻吩—苯基，環(huán)氧噻吩—融噻吩為共軛橋的新

3、型有機(jī)染料M14-19，并對(duì)染料及其中間體進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。測(cè)試了所合成的染料在碘基電解質(zhì)和鈷基電解質(zhì)的光伏性能。
　　 研究發(fā)現(xiàn)，(1)制備的染料敏化太陽(yáng)能電池，鈷基電解質(zhì)的開路電壓均比碘基電解質(zhì)高50mV以上，主要是因?yàn)殁捇娊赓|(zhì)可以降低激發(fā)電子與電解質(zhì)在染料表面的電子復(fù)合概率。(2)電解質(zhì)與染料分子間存在一定的構(gòu)效關(guān)系，不同結(jié)構(gòu)的染料分子在不同電解質(zhì)中的性能表現(xiàn)不同，在鈷基電解質(zhì)中，具有雙電子受體的染料M19的開路電壓高于單電

4、子受體的染料M14，含環(huán)氧噻吩—融噻吩共軛橋的M16的開路電壓高于含環(huán)氧噻吩—苯基的共軛橋M15;而在碘基電解質(zhì)中，電池的開路電壓M14大于M19，M15大于M16。說明在染料分子中引入融噻吩基團(tuán)或雙電子受體結(jié)構(gòu)有利于優(yōu)化鈷基電解質(zhì)性能，只有電解質(zhì)和染料分子協(xié)調(diào)配合才能達(dá)到最佳的DSSC光伏性能。(3)TiO2薄膜厚度對(duì)電解質(zhì)的質(zhì)量傳輸有一定的影響，使用5.5μm的TiO2薄膜可以有效地減少鈷基電解質(zhì)的質(zhì)量傳輸損失，有利于提高電池光電轉(zhuǎn)