三苯胺類染料分子的設(shè)計合成及其光伏性能研究.pdf

1、太陽能作為一種取之不盡，用之不竭的綠色能源是解決能源危機的最佳方法之一。近年來，染料敏化太陽能電池由于其可大面積制備和生產(chǎn)的低成本，以及分子水平上的可設(shè)計性而受到全世界研究者的關(guān)注。染料敏化劑作為DSSC的核心部分，是其獲得高光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素。
　　 本論文設(shè)計合成了七種新型的梯度供電染料敏化劑，以N，N-二甲基苯胺單元與三苯胺共同作為供電子基。這類化合物不僅具有雙供電基團，還可達到梯度供電子的目的，并且在給出和接收電子過

2、程中表現(xiàn)出很強的空穴遷移特性。而且，雙胺基官能團，呈扇形結(jié)構(gòu)，有利于避免分子聚集、結(jié)晶，提高器件的穩(wěn)定性。此外，利用紅外、質(zhì)譜、核磁對這些化合物的結(jié)構(gòu)進行了表征，并對其光譜性質(zhì)、電化學(xué)性能及其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池（DSSC）的光電轉(zhuǎn)換性能方面進行了測試研究。
　　 此類化合物大部分都在可見光區(qū)尤其是400-550 nm范圍內(nèi)具有很強的吸收，并且有較高高摩爾消光系數(shù)，表明了其良好的光捕獲能力。通過對染料的電化學(xué)性能測試，染料Z

3、L-1～7的基態(tài)和激發(fā)態(tài)氧化還原電位同時符合染料激發(fā)態(tài)電子注入TiO2導(dǎo)帶和染料還原再生的熱力學(xué)要求。
　　 將染料制備成DSSC進行測試研究，發(fā)現(xiàn)染料敏化劑的結(jié)構(gòu)變化對DSSC的性能有較大影響。當(dāng)把氰基乙酸替換為羅丹寧乙酸，DSSC的總光電轉(zhuǎn)換效率明顯下降。這可能是由于羅丹寧乙酸基團的羧基與五元環(huán)結(jié)構(gòu)間隔一個亞甲基，使得LUMO電子分布與吸附基團（-COOH）間隔較遠，使電子經(jīng)由羧基注入TiO2導(dǎo)帶的效率下降，故以羅丹寧乙酸為

4、吸電子基的染料ZL-5～7電池效率均較低。此外，π-橋基位于電子給體與電子受體之間的染料性能明顯優(yōu)于π-橋基位于兩個供體單元之間的染料。
　　 染料ZL-1～4具有高IPCE值。其中，ZL-4的IPCE值達到了93％，它的短路電流密度（Jsc）為10.8 mA cm-2開路電壓（Voc）為690 mV，填充因子FF為0.61，總光電轉(zhuǎn)換效率最高為4.54％。之所以與文獻報道中的η=9％相比較低，可能是由于其在可見光區(qū)的吸收范圍較