苊并吡嗪類染料用于染料敏化太陽電池的研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池由于制備工藝簡單，制作成本低，成為近年來太陽能光電轉換領域的研究熱點。在染料敏化太陽能電池體系中，光敏染料起到吸收太陽光并將激發(fā)態(tài)電子轉移到納米半導體導帶中的作用，同時產(chǎn)生的染料氧化態(tài)又能快速的從電解質(I3-/I—)中得到電子而被還原再生。目前普遍使用的光敏染料為金屬釕吡啶配合物，但由于引入貴金屬釕，增加了電池的成本，同時也存在著環(huán)境污染的隱患。有機染料由于具有種類多，便于進行結構設計，易于制備和提純等優(yōu)點，其使用有

2、望代替金屬配合物染料，解決電池高效率、低成本的問題。 基于以上研究背景，本論文采用較大的共軛體系苊環(huán)作為橋基，將吡嗪引入苊環(huán)作為吸電子基團，以鄰二羧基或單羧基為吸附基團，通過改變供電子基團給電子能力和吡嗪與吸附基團之間的共軛體系大小，共設計合成了12個以苊并吡嗪為母體的純有機光敏染料，通過質譜、核磁共振氫譜進行結構表征，并對其光物理、電化學性進行研究，及應用于染料敏化太陽能電池的光電轉換性能進行了研究。 首先研究了以甲氧

3、基為供電子基團的3個苊并吡嗪類染料，證實了該類染料在光物理、電化學方面符合光敏染料的要求，由于染料在可見光區(qū)的吸收范圍較窄，其敏化的電池光電轉化效率最高只有0.43％，但這些已足以說明引入苊并吡嗪作為一種新型的有機光敏染料母體這一設計思想是可行的。為了進一步提高該類染料敏化的電池的光電性能，通過加強供電子基團的給電子能力，以二苯胺、N—丁基苯胺和N—甲基苯胺為供電子基團，又合成了9個苊并吡嗪類染料。給電子能力增強后的苊并吡嗪類光敏染料，

4、吸收范圍擴寬，在400～550nm范圍內(nèi)有強吸收，而且吸附到TiO2膜上的吸收范圍基本沒有發(fā)生變化，而且也滿足電化學方面的能級匹配要求。更重要的是在光電性能方面，該類染料敏化的太陽能電池效率都明顯提高。其中以二苯胺為供電子、吸附基團為鄰二羧基直接連接在苊并吡嗪環(huán)上的染料9b光電轉化效率最高，效率達到4.04％，相同測試條件下，經(jīng)典染料N719的效率達到7.05％。同時，我們還通過紅外光譜證實了苊并吡嗪類染料是以雙齒橋聯(lián)的形式與TiO2結