染料敏化太陽(yáng)電池分子結(jié)構(gòu)的調(diào)控設(shè)計(jì)與表征.pdf

1、本論文以有機(jī)染料為核心，以不同類型的電子受體來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)染料與半導(dǎo)體介孔膜的連接，并引入不同的雜環(huán)芳香基團(tuán)作為π共軛單元，以理論計(jì)算作為指導(dǎo)，來(lái)研究更高的摩爾吸收系數(shù)，更好的寬光譜響應(yīng)的D-π-A有機(jī)染料敏化劑，提高染料敏化太陽(yáng)能電池的綜合光電轉(zhuǎn)換效率。利用激光光譜等技術(shù)來(lái)研究器件納米界面的染料再生與電荷復(fù)合等電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，理解染料分子結(jié)構(gòu)與分子能級(jí)、光捕獲、電子運(yùn)輸以及器件光伏性能之間的關(guān)系，為進(jìn)一步的分子設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)驗(yàn)上的依據(jù)。主

2、要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　1.通過(guò)采用以苯環(huán)為π共軛單元和以并二噻吩取代苯環(huán)為新的π共軛結(jié)構(gòu)的兩個(gè)D-π-A型有機(jī)染料（分別命名為EF1和EF2），我們系統(tǒng)地研究了染料分子π結(jié)構(gòu)的改變對(duì)染料敏化太陽(yáng)電池中的一些重要光伏參數(shù)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于苯環(huán)，富電子能力更強(qiáng)的并二噻吩為核的π單元使染料分子的激發(fā)態(tài)氧化還原電位負(fù)移0.29 eV，而對(duì)染色二氧化鈦薄膜的導(dǎo)帶底則影響較小。這兩個(gè)因素的綜合作用使得EF2電池中的二氧化鈦/染料

3、界面形成了更有利于電子注入的能級(jí)排列，表現(xiàn)為該電池較高的電子注入效率和IPCE峰值。其次通過(guò)分子填孔技術(shù)修復(fù)缺陷來(lái)構(gòu)筑低缺陷的光電功能分子的自組裝膜，通過(guò)減少染料分子間的聚集可以使兩個(gè)染料分子分別獲得了5.1％和10.0%的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　2.通過(guò)采用以氰基丙烯酸為受體和以三鍵苯并噻二唑苯甲酸為強(qiáng)受體的兩個(gè)D-π-A有機(jī)染料（分別命名為EF3和EF4），相對(duì)于氰基丙烯酸這種弱電子受體，三鍵苯并噻二唑苯甲酸為受體構(gòu)成的染料分子具

4、有更窄的電子能隙。此外這兩種受體構(gòu)成的染料分子可能與二氧化鈦層形成不同的鍵合方式。這兩個(gè)因素的綜合作用使得EF4電池中的二氧化鈦/染料界面形成了更有利于電子注入的能級(jí)排列，表現(xiàn)出了電池較高的IPCE峰值。另一方面，電荷提取和光電壓衰減等手段分析表明在采用氰基丙烯酸為受體的染料分子中，染料敏化太陽(yáng)電池中二氧化鈦/電解質(zhì)界面電荷復(fù)合的電子反應(yīng)級(jí)數(shù)顯著低于以三鍵苯并噻二唑苯甲酸為受體構(gòu)成的的染料分子，對(duì)應(yīng)一個(gè)明顯較慢的復(fù)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，從而使得