新型有機染料的設計、合成及其在染料敏化太陽能電池的應用研究.pdf

1、染料敏化納米晶體太陽能電池(DSSC)是一種非常有前途的第三代太陽能電池。自20世紀90年代以來,通過近20年的研究,DSSC的性能已經有了大幅的提高。目前,性能最好的是由釕染料組裝的器件,其最高的效率已經達到11.0-11.3％。但是由于釕元素在地殼中含量較低并且具有重金屬毒性,而非金屬的有機染料由于具有成本低、分子剪裁容易及摩爾消光系數高等優(yōu)點,在近些年受到各研究者的關注。我們組通過對一些給體-π共軛系統(tǒng)一受體(D-π-A)結構有機

2、染料的研究,發(fā)現二己氧基取代的三苯胺可以作為比較好的染料分子的給體,因此我們以此三苯胺為給體單元、氰基丙烯酸為受體單元,通過引入不同的π共軛單元制備了一系列有機D-π-A染料,通過量子計算、瞬態(tài)光電衰減技術及電阻抗分析等手段研究不同π共軛系統(tǒng)對染料的光吸收、能級、光電流、光電壓等性能的影響。主要內容如下:
　　 (1)我們合成了分別以3,4-乙烯二氧基噻吩(EDOT),3,3’雙己基硅-2,2’雙噻吩(DTS)的偶聯(lián)產物這一二元

3、的雜環(huán)體系的為7c共軛單元的有機染料C219,對染料在溶劑中的紫外-可見吸收及發(fā)射光譜以及電化學能級進行了測定,染料在氯仿中的最大吸收位于584 nm,該波長處的摩爾消光系數為56.5×103M-1cm-1,吸收波長最寬達到750 nm,為寬光譜有機染料。循環(huán)伏安法測定了染料在DMF中的電化學能級,其HOMO為-4.96 eV,LUMO為-3.46 eV,帶隙1.72 Ev,光電流譜的寬度最寬處達到800 nm,接近釕染料的水平。在AM

4、1.5G,100 mW/cm2下,以乙腈為溶劑的電池能量轉化效率達到了10.6～10.3％。
　　 (2)本文一步合成以3,4-環(huán)己烷二氧基噻吩(DOT)與3,3’雙己基硅-2,2’雙噻吩,3,4-乙烯二氧基噻吩(EDOT)與聯(lián)噻吩,三并噻吩,3,3’雙-甲基硅-2,2’雙噻吩,雙噻吩環(huán)戊二烯烴的偶聯(lián)產物這些二元的雜環(huán)體系π共軛單元的有機染料。通過這些染料的器件表征來探索因為π共軛單元的不同影響到染料的效率的因為,從而為進一步的