含噻吩類共軛橋結(jié)構(gòu)染料分子的設(shè)計合成及其光伏性能研究.pdf

1、太陽能作為一種潔凈、方便的能源越來越被各國高度重視，許多國家紛紛投入巨額資金對太陽能資源進行開發(fā)利用。近年來，染料敏化太陽能電池由于其可大面積制備和生產(chǎn)的低成本，以及其分子水平上的可設(shè)計性而受到全世界研究者的關(guān)注。染料敏化劑作DSSC的核心部分，是其獲得高光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素。
　　 本文通過Vilsmeier-Haack反應(yīng)、溴化等9步反應(yīng)合成了中間體環(huán)戊二噻吩共軛橋，與傳統(tǒng)共軛橋相比，該橋具有剛性環(huán)戊二噻吩結(jié)構(gòu)，從而避免了

2、有機染料在分子內(nèi)的翻轉(zhuǎn)，防止染料聚集。通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)合成了四個染料中間體，進一步與氰基乙酸反應(yīng)，引入吸電子基團，最終設(shè)計合成了四種D-π-A型結(jié)構(gòu)的非金屬有機染料敏化劑。這四種染料被分為兩類：一類是卞氧基與苯胺這樣的小基團，作為供電基團，它們能夠在二氧化鈦薄膜上規(guī)則排列，并且結(jié)構(gòu)簡單，空間位阻小，這樣的結(jié)構(gòu)有利于提高單位面積的染料吸附數(shù)量，另一類是用復(fù)雜芳胺類基團作為供電基，從而提高給電子能力，提高光電轉(zhuǎn)換效率。此外，利用紅外

3、、質(zhì)譜、核磁對合成化合物的結(jié)構(gòu)進行了表征，并對其電化學(xué)性能、光譜性質(zhì)及組裝成染料敏化太陽能電池(DSSC)的光電轉(zhuǎn)換性能進行了研究。所合成的四種新型染料分子大部分都在可見光區(qū)特別是400-550 nm的范圍內(nèi)具有較強吸收，并且有較高的摩爾消光系數(shù)，表明其具有良好的光捕獲能力。通過對染料進行電化學(xué)性能測試，得出染料SY-1～4的基態(tài)和激發(fā)態(tài)氧化還原電位同時符合染料激發(fā)態(tài)電子注入TiO2導(dǎo)帶和染料還原再生的熱力學(xué)要求。當(dāng)染料制備成DSSC并

4、進行測試時，發(fā)現(xiàn)染料敏化劑的結(jié)構(gòu)變化對DSSC性能有很大影響。通過與L1的比較，本文設(shè)計合成的新型共軛橋結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了優(yōu)秀的性能，L1的短路電流密度(Jsc)為6.18 mAcm-2，開路電壓(Voc)為700 mV，填充因子FF為0.73，總的光電轉(zhuǎn)換效率為4.11％，而SY2染料組裝的太陽能電池展現(xiàn)出了優(yōu)良的性能，其短路電流密度(Jsc)為11.83 mA cm-2，開路電壓(Voc)為666 mV，填充因子FF為0.71，總的光電轉(zhuǎn)換

5、效率為5.64％，SY2的電流密度比L1提升了了3.8％，說明本文設(shè)計合成的環(huán)戊二噻吩環(huán)性能優(yōu)越，其剛性平面避免了有機染料在分子內(nèi)的翻轉(zhuǎn)，成功的阻止了染料的聚集，這對今后染料的設(shè)計與合成提供了新的思路與方向。SY-3、SY-4的光電轉(zhuǎn)換效率較低，分別為2.1％、2.2％，而SY-3具有較差的供電性，但從染料的光譜特性得知，其與SY-4比較具有優(yōu)秀的光捕獲能力，但轉(zhuǎn)化效率卻沒有明顯的提升，說明，盡管其有很好的光捕獲能力，但供電性能不足?？?/p>