亞胺類有機(jī)物與N719共敏化太陽能電池光電性能研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSCs)作為太陽能利用的一種有效方式，成為新一代太陽能電池研究的主要方向。而傳統(tǒng)釕染料N719敏化的太陽能電池存在在藍(lán)紫光區(qū)吸收較弱、電解液在380 nm處的競爭吸收等問題，嚴(yán)重影響了其電池效率的進(jìn)一步提高。篩選并合成出一系列可以與N719配合的雙亞胺類有機(jī)物，并通過共敏化的方式將它們引入到N719敏化的太陽能電池體系中，以實(shí)現(xiàn)光譜補(bǔ)償、光譜增效及競爭吸收補(bǔ)償?shù)哪康模翘岣哚懭玖厦艋柲茈姵氐挠行Х椒ā?br>

2、　　本論文首先篩選并合成出三種鄰吡啶對苯雙亞胺類共敏化劑并研究了它們的光學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)，從光譜補(bǔ)償、競爭吸收補(bǔ)償、能級匹配角度考察了它們是否適合應(yīng)用于N719敏化的DSSCs體系中；從電子復(fù)合和電子壽命等角度研究了共敏化后電池效率改變的原因；從分子結(jié)構(gòu)角度分析了三種共敏化劑的共敏化性能存在差異的原因；通過與過渡金屬Zn,Cd,Hg配位，研究了不同金屬配位對共敏化性能的影響。研究結(jié)果表明：鄰吡啶對苯雙亞胺類共敏化劑能夠提高N719對藍(lán)紫光

3、區(qū)域300-450nm的光的利用，補(bǔ)償染料敏化太陽能電池電解液中I3–在380 nm處對光的競爭吸收，抑制電子復(fù)合，延長電子壽命，從而提高光電性能。甲氧基取代的鄰吡啶對苯雙亞胺類共敏化劑可將N719敏化的電池效率提高30％。過渡金屬(Zn,Cd,Hg)配位后，由于摩爾吸光系數(shù)的下降，共敏化電池的效率不及配位前，但由于配位后分子仍具有較好的共平面性及剛性，其共敏化電池的效率仍高于單獨(dú)N719敏化的電池效率。
　　采用鄰苯二胺、環(huán)己二

4、胺、1,4-丁二胺三種不同胺源制備了剛性、半剛性和柔性的鄰吡啶雙亞胺共敏化劑，研究了它們應(yīng)用于N719敏化太陽能電池中的適應(yīng)性，考察了共敏化劑分子剛性的不同對共敏化性能的影響，并研究了不同金屬配位后共敏化性能的差異。結(jié)果表明：三種共敏化劑在光吸收補(bǔ)償及能級上均適合作為共敏化劑應(yīng)用到染料敏化太陽能電池中，然而由于分子結(jié)構(gòu)的不同，剛性強(qiáng)、共軛體系大的共敏化劑的共敏化性能要明顯優(yōu)于半剛性及柔性的。剛性共敏化劑可將單獨(dú)N719敏化的電池效率提高

5、30%。金屬(Zn,Cd,Hg)配位后，由于摩爾吸光系數(shù)的下降及三種金屬原子配位方式的不同導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)有所差異，使得共敏化電池的效率差別很大，但Zn配位后總光電轉(zhuǎn)化效率仍比單獨(dú)N719敏化的電池的效率高。
　　針對剛性強(qiáng)、共軛體系大的共敏化劑可以大大提高共敏化電池性能的特點(diǎn)，選擇合成了一系列剛性更強(qiáng)、共軛體系更大的2,6-二(烷基亞胺)吡啶類共敏化劑，從光譜補(bǔ)償、光譜增效、競爭吸收補(bǔ)償及能級匹配等角度考察了它們是否適合應(yīng)用于N71

6、9敏化的DSSCs體系中；從染料聚合、電子復(fù)合、電子壽命、電子傳輸?shù)冉嵌妊芯苛斯裁艋箅姵匦侍岣叩脑颍谎芯苛瞬煌榛〈?、相同烷基不同位置和不同?shù)量取代、過渡金屬(Zn,Cd,Hg)配位等對共敏化電池性能的影響。研究結(jié)果表明：2,6-二(烷基亞胺)吡啶類共敏化劑可以緩解N719的聚合，增強(qiáng)其光譜響應(yīng)，抑制注入電子與電解液的復(fù)合，進(jìn)而提高電池效率。不同烷基取代會使分子結(jié)構(gòu)及能級有所差異，其共敏化的電池效率也會有所不同。相同烷基取代的位

7、置和數(shù)量也是影響共敏化效果的兩個(gè)主要因素。金屬配位后并未發(fā)現(xiàn)電池效率的大幅提高，各金屬配位的亞胺類共敏化劑的共敏化性能趨勢是：Zn>Cd>Hg。2,6-二(烷基亞胺)吡啶類共敏化劑可將單獨(dú)N719敏化的電池的效率提高35%。
　　嘗試選擇共軛體系更大的紅熒烯作為共敏化劑，研究發(fā)現(xiàn)：紅熒烯能夠補(bǔ)償N719在300-750 nm區(qū)域內(nèi)的吸收，增加其光利用率，加之紅熒烯優(yōu)異的電子傳輸性能及匹配的能級分布，能夠大大提高其光電流強(qiáng)度，進(jìn)而提