新型吩噻嗪類染料及其太陽能電池器件研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池由于其環(huán)境友好且成本低廉，成為科學(xué)家爭相研究的熱點。染料敏化劑是染料敏化太陽能電池（DSSC）中的重要組成部分之一，起著收集能量并且在一定程度上決定了電池的性能，是影響DSSC性能的關(guān)鍵性材料。目前，重金屬配合物染料（例如基于釕的染料）由于其通常能夠獲得較高的器件效率，是DSSC器件的主流光敏劑。然而，釕金屬的有限性和釕染料的穩(wěn)定不高會阻礙DSSC中的商業(yè)化。不含金屬的有機(jī)染料具有許多優(yōu)點，例如容易分子結(jié)構(gòu)調(diào)諧，廣泛使

2、用，便于純化等等。然而，目前的純有機(jī)染料敏化太陽能電池的效率仍然有改進(jìn)的余地，需要進(jìn)一步研究。
　　本文基于DSSC器件染料，設(shè)計合成了四個新型的純有機(jī)光敏劑，并研究了相關(guān)DSSC器件，討論了分子結(jié)構(gòu)和材料性能之間的關(guān)系。本文工作主要包括三個部分：
　　第一，新型光敏劑的設(shè)計、合成與表征。本部分主要工作是設(shè)計、合成新型吩噻嗪類染料，將具有潛力的基團(tuán)以不同的接入點通過化學(xué)鍵的偶聯(lián)反應(yīng)引入分子中形成目標(biāo)產(chǎn)物：3-(9H-Carb

3、azol-9-y1)Phenyl-7-(N-ethyl-10H-phenothiazine-3-cyanoacrylic acid)(CBPTZ1)，3-(9H-Carbazol-9-y1)Phenyl-7-(N-hexyl-10H-phenothiazine-3-cyanoacrylic acid)(CBPTZ2)，3-(9H-Carbazol-9-y1)Phenyl-7-(N-hexyl-10H-phenothiazine-rhod

4、anine-3-acetic acid（CBPTR1）和4-(9H-Carbazol-9-y1)Phenyl-7-(N-hexyl-10H-phenothiazine-rhodanine-3-acetic acid(CBPTR2)，然后對這四個材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，包括核磁共振，飛行質(zhì)譜儀，紅外光譜確定了四個新型DSSC染料的分子結(jié)構(gòu)。
　　第二，基于CBPTZ1和CBPTZ2 DSSC器件研究。CBPTZ1和CBPTZ2是兩個新型

5、的D-π-A型純有機(jī)染料，吩噻嗪為π橋，咔唑為電子給體和2-氰基丙烯酸作為電子受體和錨定基團(tuán)。首先探討了兩種染料的光物理性質(zhì)，本工作將CBPTZ1和CBPTZ2應(yīng)用到以靜電噴霧方法制作TiO2光陽極的DSSC中。通過調(diào)節(jié)實驗溫度來優(yōu)化器件，獲得基于CBPTZ2的最好的光電轉(zhuǎn)化效率9.84％。在這一部分，我們還探討了染料的吸附量以及基于這兩種染料為器件的電阻抗分析和器件的單色光轉(zhuǎn)化效率。
　　第三，基于CBPTR1和CBPTR2的器