新型染料的設(shè)計(jì)合成及其敏化太陽能電池器件研究.pdf

1、能源和環(huán)境是目前世界各國(guó)面臨的主要問題。太陽能是一種清潔的可再生能源，直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能是開發(fā)太陽能最為可行的技術(shù)途徑。作為太陽能電池家族中第三代成員之一，染料敏化太陽能電池以其低成本高效率的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)贏得了各國(guó)科學(xué)家的青睞。染料（敏化劑）是染料敏化太陽能電池中的核心部件，其敏化能力直接影響器件的光伏性能。因此，開發(fā)低成本、環(huán)境友好、敏化能力強(qiáng)的染料成為光伏產(chǎn)業(yè)的重中之重。相比傳統(tǒng)的聯(lián)吡啶釕染料而言，有機(jī)染料分子具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、合成簡(jiǎn)

2、單、成本低等多重優(yōu)勢(shì)。在眾多有機(jī)染料中，吩噻嗪類染料憑借其良好的光響應(yīng)能力、較強(qiáng)的供電子能力以及特殊的蝴蝶型非平面共軛結(jié)構(gòu)脫穎而出。而作為聯(lián)吡啶釕染料的另一個(gè)替代者，金屬卟啉染料具有光捕獲能力強(qiáng)、成本較低、光穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。本論文選擇這兩種染料進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和修飾，設(shè)計(jì)合成了三個(gè)系列的吩噻嗪類染料和兩個(gè)系列的金屬卟啉染料，并對(duì)其太陽能電池器件進(jìn)行了光伏性能的研究：
　　第一章：關(guān)于可再生能源、太陽能電池、染料敏化太陽能電池以及光敏化

3、劑的發(fā)展概況。
　　第二章：新型吩噻嗪類D-D-A染料的設(shè)計(jì)合成及光伏性能研究。為提高染料分子的內(nèi)部供電子能力，引入二硫雜環(huán)戊烯作為新的供電子基團(tuán)，合成了DP-1染料；并以經(jīng)典的T2-1染料作為對(duì)照，對(duì)其進(jìn)行了光電化學(xué)性質(zhì)和光伏性能的研究。通過對(duì)DP-1本身結(jié)構(gòu)的分析，指出了DP-1作為敏化劑的不足和改進(jìn)的方向。
　　第三章：新型吩噻嗪類D-π-D-A染料的設(shè)計(jì)合成和光伏性能研究。根據(jù)上一章的結(jié)論，在二硫雜環(huán)戊烯和吩噻嗪環(huán)系

4、之間引入不同電性和長(zhǎng)度的π-共軛橋，設(shè)計(jì)合成了具備D-π-D-A結(jié)構(gòu)的DPP-系列染料。利用光電化學(xué)技術(shù)和密度泛函理論對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的研究比較，并闡明了分子內(nèi)扭轉(zhuǎn)角在改善分子內(nèi)電子傳輸中的重要作用。
　　第四章：新型吩噻嗪類D-A-π-A染料的設(shè)計(jì)合成和光伏性能研究。為了改善染料分子內(nèi)部的電荷分離，在吩噻嗪類染料中引入D-A-π-A結(jié)構(gòu)的理念，在吩噻嗪母核與錨定基團(tuán)之間插入連有苯環(huán)的苯并噻二唑結(jié)構(gòu)；同時(shí)在吩噻嗪母核的另一端增加二苯

5、胺和烷氧基等不同的供電子基團(tuán)和π-spacer（苯環(huán)）。利用光電化學(xué)等測(cè)試手段和理論計(jì)算，研究了π-spacer的作用并比較了不同電子供體的給電子能力，并對(duì)機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　第五章：LYD系列金屬卟啉染料的設(shè)計(jì)合成和光伏性能研究。為了系統(tǒng)地研究不同錨定基團(tuán)對(duì)金屬卟啉染料光伏性能的影響，設(shè)計(jì)合成了以碳碳三鍵為電子導(dǎo)出橋，具有不同錨定基團(tuán)的LYD-系列染料，通過光電化學(xué)等測(cè)試手段和理論計(jì)算論證了四種錨定基團(tuán)的優(yōu)劣，并對(duì)其原因和機(jī)理