三苯胺類光敏染料用于染料敏化太陽能電池的研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cells，DSCs)是一種低成本、高效率和環(huán)保的太陽能電池，自上世紀(jì)90年代以來便受到各國研究者的高度重視，已展現(xiàn)出十分誘人的應(yīng)用前景。在染料敏化太陽能電池體系中，最核心的部分是吸附了單層光敏染料的納米多孔半導(dǎo)體電極。光敏染料起著吸收太陽光并將激發(fā)態(tài)電子注入到納米半導(dǎo)體導(dǎo)帶的作用，是DSCs獲得高光電轉(zhuǎn)換效率和長壽命的決定因素之一。
　　 在已報(bào)道的染料敏化荊中，含

2、貴金屬的釕基敏化劑性能最好，但其成本較高。而不含貴金屬的純有機(jī)染料敏化劑具有結(jié)構(gòu)多樣、易于設(shè)計(jì)、成本低廉和摩爾消光系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。所以，設(shè)計(jì)合成用于替代釘基染料的純有機(jī)染料敏化劑已經(jīng)成為一項(xiàng)非常重要的工作?；诖耍菊撐闹饕芯扛咝?、低成本有機(jī)染料敏化劑的設(shè)計(jì)與合成。三苯胺(Triphenylamine，TPA)及其衍生物足一類性能優(yōu)良的光電材料，本論文即足選用三苯胺為基本骨架，通過簡單的有機(jī)反應(yīng)，設(shè)計(jì)和合成一系列三苯胺類有機(jī)敏化劑。系統(tǒng)

3、研究了染料的光學(xué)、電化學(xué)性質(zhì)以及在DSCs中應(yīng)用，為高效、低成本的有機(jī)敏化劑的設(shè)計(jì)與合成提供理論依據(jù)。主要開展了如下幾方面研究工作：
　　 1、以三苯胺(TPA)作為基本骨架，設(shè)計(jì)合成了六種具有D-π－A(electrondonor-π-coniugation-electron acceptor)分子結(jié)構(gòu)的新型三苯胺基染料，在此過程中還得到7種有用的反應(yīng)中間體，并對(duì)這些化合物進(jìn)行核磁、質(zhì)譜的表征。
　　 2、研究了三苯胺

4、基染料在溶液中以及在TiO2膜電極上的光學(xué)性質(zhì)，并分析了結(jié)構(gòu)對(duì)染料光學(xué)性質(zhì)的影響；所合成的三苯胺基染料都具有較高的摩爾消光系數(shù)，吸附了染料的TiO2膜電極具有較好的光捕獲能力。
　　 3、研究了染料在溶液中的電化學(xué)性質(zhì)，得到了它們的氧化電位，并分析了結(jié)構(gòu)對(duì)染料電化學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)合成染料的基態(tài)氧化電位和激發(fā)態(tài)氧化電位完全滿足染料敏化電池中電子轉(zhuǎn)移的要求。
　　 4、在B3LYP/6-31+G(d)(Beck

5、e three parameters hybrid functional withLee—Yang—Perdew correlation functionals)水平下對(duì)三苯胺基染料分子進(jìn)行密度泛函(Density Functional Theory，DFT)計(jì)算，染料分子前線軌道布居分析表明染料分子在光激發(fā)后發(fā)生有效的分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移。計(jì)算結(jié)果證明了三苯胺基染料分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。
　　 5、研究了TiO2膜的染料敏化時(shí)所用溶

6、劑對(duì)電池性能產(chǎn)生的影響，結(jié)果表明，二氯甲烷(DCM)溶液敏化的膜電極，用于DSCs的測試，均表現(xiàn)出較好的光電性能。
　　 6、通過入射單色光光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)以及電流－電壓曲線(I-V曲線)的測試，系統(tǒng)表征了三苯胺基染料敏化的DSCs的光電轉(zhuǎn)換性能，揭示了影響電池性能參數(shù)差異的因素。各個(gè)因素綜合起來，TC16染料敏化的太陽能電池由于其高的光電流和較高的電壓，而獲得了最高的光電轉(zhuǎn)換效率5.70％。
　　 7、考察了三

7、苯胺基染料敏化DSCs光電性能的部分影響因素，包括電解液中Li+濃度、電解質(zhì)添加劑、輻照度以及染料共敏化作用等。結(jié)果表明，Li+濃度的增大，某種程度上提高了TI－染料敏化電池的性能；硫氰酸胍(GT)的適量加入能提高電池的總體光電轉(zhuǎn)換性能；電池在低輻照度下可以表現(xiàn)出更好的光電轉(zhuǎn)換效率；染料的共敏化作用可以提高電池的電流，改善電池的性能。
　　 8、測試了三苯胺類染料的熱穩(wěn)定性，結(jié)果表明所合成的染料都具有較高的熱穩(wěn)定性。在日光下測試