基于三苯胺的新型有機(jī)染料的設(shè)計(jì)、合成及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)是利用染料分子吸收太陽(yáng)光來把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能的一種新型太陽(yáng)能電池，具有成本低、制作工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)，引起了全世界的廣泛關(guān)注。目前，用于染料敏化太陽(yáng)能電池的敏化劑主要分為兩大類：金屬配合物和純有機(jī)染料。它們均有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，與金屬配合物比，非金屬有機(jī)染料具有較高的摩爾吸光系數(shù)，價(jià)格低廉且環(huán)境友好，合成和提純比較簡(jiǎn)單，可以較容易地改變分子的結(jié)構(gòu)來改變其光電化學(xué)性能，滿足不同的需要。因而合成新型的非金屬

2、有機(jī)染料敏化劑，研究其在DSSCs中的光電化學(xué)性能，對(duì)于提高DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率具有非常重要的意義。
　　 本文設(shè)計(jì)合成了三種基于三苯胺的新型有機(jī)染料，探索了它們?cè)谌玖厦艋?yáng)能電池中的應(yīng)用。具體結(jié)果如下：
　　 1)合成了基于三苯胺的染料敏化太陽(yáng)能電池染料，測(cè)試了該類染料的光物理性質(zhì)，結(jié)果表明，三種染料的最大吸收波長(zhǎng)隨著三苯胺上的取代基碳鏈增長(zhǎng)而微弱紅移，且在最大波長(zhǎng)處的摩爾消光系數(shù)也是逐漸增大，即C1＞C6＞C9

3、。三種染料在不同極性溶液中的最大吸收波長(zhǎng)遵循相同的規(guī)律：λdichloromethane＞λtoluene＞λDMF。測(cè)定了吸附在TiO2膜上的染料的紫外-可見吸收光譜，在TiO2膜上染料的吸收譜有較為明顯的拓寬，這將更加有利于染料對(duì)太陽(yáng)光的捕獲利用。
　　 2)利用Gaussian03對(duì)三個(gè)染料分子的HOMO軌道和LUMO軌道能級(jí)值和電子云分布進(jìn)行了理論計(jì)算。并根據(jù)循環(huán)伏安曲線和染料的光譜數(shù)據(jù)，得出三個(gè)染料的實(shí)驗(yàn)HOMO、LU

4、MO能級(jí)值，發(fā)現(xiàn)這三個(gè)染料十分合適作為DSSCs中的光敏染料：HOMO能級(jí)值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于I/I3-的氧化電位，所以氧化態(tài)染料能夠有效地被I-還原為基態(tài)，得到重生；LUMO能級(jí)值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于TiO2的導(dǎo)帶能級(jí)值，也就是說，染料受光激發(fā)后變成激發(fā)態(tài)染料后，能夠有效地將電子注入TiO2導(dǎo)帶中。將實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算模擬得出的理論值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者能較好地吻合。
　　 3)利用三種染料作為敏化劑制作了染料敏化太陽(yáng)能電池器件并測(cè)試了器件的光伏性能，研究

5、表明，含有甲氧基的染料C1敏化的DSSCs光電轉(zhuǎn)化效率最低，只有3.5％，而含有己氧基和壬氧基的染料C6、C9敏化的DSSCs光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較高，均達(dá)到5％以上。從染料本身光捕獲能力的角度來看，由于染料C6和C9的最大吸收相對(duì)染料C1向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，而且前者在最大波長(zhǎng)處的摩爾消光系數(shù)較大，故前兩種染料的光捕獲能力要強(qiáng)于前者;從染料的HOMO和LUMO軌道能級(jí)值方面考慮，染料C6和C9相對(duì)染料C1，LUMO軌道能級(jí)值要小，HOMO軌道能