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90年代以來便受到各國研究者的高度重視，已展現出十分誘人的應用前景。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體導帶的作用，是DSCs獲得高光電轉換效率和長壽命的決定因素之一。
　　 在已報道的染料敏化荊中，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染料敏化劑具有結構多樣、易于設計、成本低廉和摩爾消光系數高等優(yōu)點。所以，設計合成用于替代釘基染料的純有機染料敏化劑已經成為一項非常重要的工作?；诖?，本論文主要研究高效、低成本有機染料敏化劑的設計與合成。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，通過簡單的有機反應，設計和合成一系列三苯胺類有機敏化劑。系統

3、研究了染料的光學、電化學性質以及在DSCs中應用，為高效、低成本的有機敏化劑的設計與合成提供理論依據。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，設計合成了六種具有D-π－A(electrondonor-π-coniugation-electron acceptor)分子結構的新型三苯胺基染料，在此過程中還得到7種有用的反應中間體，并對這些化合物進行核磁、質譜的表征。
　　 2、研究了三苯胺

4、基染料在溶液中以及在TiO2膜電極上的光學性質，并分析了結構對染料光學性質的影響；所合成的三苯胺基染料都具有較高的摩爾消光系數，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性質，得到了它們的氧化電位，并分析了結構對染料電化學性質的影響。結果表明，所設計合成染料的基態(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)水平下對三苯胺基染料分子進行密度泛函(Density Functional Theory，DFT)計算，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)生有效的分子內電子轉移。計算結果證明了三苯胺基染料分子結構設計的合理性。
　　 5、研究了TiO2膜的染料敏化時所用溶

6、劑對電池性能產生的影響，結果表明，二氯甲烷(DCM)溶液敏化的膜電極，用于DSCs的測試，均表現出較好的光電性能。
　　 6、通過入射單色光光電轉換效率(IPCE)以及電流－電壓曲線(I-V曲線)的測試，系統表征了三苯胺基染料敏化的DSCs的光電轉換性能，揭示了影響電池性能參數差異的因素。各個因素綜合起來，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、電解質添加劑、輻照度以及染料共敏化作用等。結果表明，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換性能；電池在低輻照度下可以表現出更好的光電轉換效率；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