聯級供電子光敏染料用于染料敏化太陽能電池的研究.pdf

1、本論文設計合成了以二甲胺-三苯胺和咔唑(三苯胺)-咔唑為聯級供電子基的兩類光敏染料應用于染料敏化納米晶太陽能電池(DSSC)中，利用質譜、核磁共振氫譜對這些化合物結構進行表征，并對染料的光物理、電化學性能及其在納米TiO2電極上的光電轉換性能方面進行了測試研究。 將二甲胺-三苯胺類聯級光敏染料應用于DSSC中進行光敏化性能研究。在AM1.5(100 mW cm-2)模擬太陽光的照射下，引入一個二甲胺的聯級染料N-TPAl的敏化電

2、池效率(η)為2.06％，與單級三苯胺染料相比降低0.13％，以羅丹寧乙酸為吸電子基的染料N-TPA2電池效率為1.60％。在優(yōu)化試驗中發(fā)現二甲胺的引入使得染料在TiO2表面發(fā)生聚集作用。對染料結構的密度泛函理論計算(DFT)證明了N-TPAl的LUMO電子集中在氰基乙酸基團上，N-TPA2的LUMO電子集中在羅丹寧構架內。由于羅丹寧乙酸基團的羰基與五元環(huán)構架間隔一個亞甲基，使得LUMO電子分布距離吸附基團(-COOH)遠，阻礙電子經由

3、羰基注入TiO2導帶，這是N-TPA2的敏化電池效率比N-TPAl低的原因之一。 將咔唑(三苯胺)-咔唑類聯級光敏染料應用于DSSC中進行光敏化性能研究。在AM 1.5(100 mW cm-2)模擬太陽光的照射下，引入一個三苯胺基團的聯級染料TCB的敏化電池單色光光電轉換效率(IPCE)在460 nm處最大值達到60％，在400～500 nm區(qū)域IPCE值超過50％，電池效率達到2.47％，達到相同條件下N719染料敏化電池效率

4、的一半。對染料結構的密度泛函理論計算(DFT)證明了染料的LUMO電子分布距離吸附基團(-COOH)近，能夠實現染料分子的LUMO與TiO2的3d軌道(導帶)發(fā)生電子云重疊，促進電子的注入。將CCB染料應用于Br3-/Br-電解質敏化電池，開路電壓可達1.03 V，是目前已知的最高開路電壓，相同條件下，應用于I3-/I-電解質的開路電壓為0.65 V。該類化合物紫外-可見吸收譜帶在350～500 nm范圍內，未能充分利用太陽光，這是此類