蒽醌及咔唑系列光敏染料在DSSCs中的應用研究.pdf

1、本文分別合成了蒽醌系列和咔唑系列的化合物作為光敏染料應用于染料敏化納米晶太陽能電池(DSSCs)中，利用質譜、核磁共振氫譜對這些化合物進行結構表征，并對染料的光物理、電化學性能及其在納米TiO<,2>電極上的光電轉換性能方面進行了測試研究。 將蒽醌系列化合物(A1，A2和A3)作為光敏染料應用于DSSCs中，對其光敏化性能進行研究，發(fā)現此系列化合物雖然在可見光范圍內有很好地吸收(吸收譜帶最大可以達到 800 nm)，但是不能起到

2、很好地光敏化作用。通過瞬態(tài)吸收動力學、熒光壽命的測定以及對染料結構的密度泛函理論計算(DFT)，證明此系列化合物作為光敏染料效率低的主要原因是染料分子受激發(fā)后不能實現很好的分子內電荷分離，蒽醌母體上兩個羰基(-C=O)很強的吸電子作用與作為電子注入通道的羧基(-COOH)競爭，阻止了電子通過羧基注入到 TiO<,2>的導帶中。 將咔唑系列化合物作為光敏染料應用于DSSCs中，對其光敏化性能進行研究，發(fā)現咔唑上帶有叔丁基，橋鏈上有

3、一個噻酚結構的Cb4是這四個染料中光敏化性能最好的。Cb4敏化電池的單色光光電轉化效率(IPCE)在480 nm 處達到最大值74％，并且在400～520 nm 區(qū)域IPCE值超過60％。在AM 1.5(100 mW cm<'-2>)模擬太陽光的照射下，Cb4敏化電池的開路電壓(V<,oc>)、短路電流密度(J<,sc>)、填充因子(ff)、電池總的光電轉換效率(η)分別為592 mV、7.76 mA cm<'-2>、0.64、2.96

4、％，達到相同條件下N3敏化電池效率的53％。對吸附有此系列光敏染料的納米TiO<,2>薄膜電極進行了瞬態(tài)吸收的測量，證明了染料向納米TiO<,2>導帶注入電子的過程。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TiO<,2>的3d軌道(導帶)發(fā)生電子云重疊，促進電子的注入。咔唑系列化合物紫外-可見吸收譜帶較窄，在350～500 nm 范圍內，不能充分利用太陽