三苯胺基染料的制備表征及在太陽能電池中的應用.pdf

1、染料敏化太陽能電池(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。新型高效染料敏化劑的研究一直是DSCs領域的研究熱點。 在已報道的染料敏化劑中，含貴金屬的釕基敏化劑性能最好，但其成本較高。而不含貴金屬的有機染料敏化劑具有結構多樣、易于設計和摩爾吸光系數高等優(yōu)點。有機染料敏化劑與釕基敏化劑相比，最大的優(yōu)勢在于成本低。所以，設計合成用于替代釕基染料的有

2、機染料敏化劑已經成為一項非常重要工作。基于此，本論文研究方向為高效、低成本有機染料敏化劑的設計與合成。我們以三苯胺為基本材料，設計合成了一系列三苯胺基有機染料，系統(tǒng)研究了這些染料的光、電化學性質以及它們在DSCs中的應用。主要內容如下： 1.選用三苯胺(TPA)作為基本構件，設計合成了7種具有D-π-A(electron donor-π bridge-electron acceptor)分子結構的新型三苯胺基染料(TPAR1～T

3、PAR6和TPAR11)，在此過程中共得到了11種新的有機化合物，并對這些化合物進行結構表征。 2.研究了三苯胺基染料在溶液巾以及在TiO<,2>膜電極上的光學性質和電化學性質。結果表明這些染料在可見光區(qū)具有良好的光捕獲性能：染料的摩爾吸收系數為22,800～41，200 M<'-1>cm<'-1>；TPAR1、TPAR4、TPAR5和TPAR11敏化電極最大光捕獲效率都在80％以上，TPAR3敏化電極最大光捕獲效率達到74％；

4、染料的最高占有分子軌道(HOMO)與最低非占有分子軌道(LUMO)能級位置完全符合DSCs中電子轉移的要求。 3.系統(tǒng)表征三苯胺基染料敏化的DSCs的光電轉換性能，結果表明三苯胺基染料具有良好的敏化性能：入射光光電轉換效率(IPCE)曲線顯示TPAR11具有最好的光電響應，在475 nm時達到最大值83.7％，如果考慮到導電玻璃的光吸收和反射，該值對應的量子產率接近1。TPAR4和TPAR1敏化DSCs的IPCE<,max>分別

5、為81.0％和72.0％；TPAR11和TPAR4敏化DScs具有很高的短路電流密度(分別為18.0和17.8 mA cm<'-2>)，光電轉換效率接近6％(光輻照度為AM1.5)。 4.闡明了三苯胺基染料的分子結構、吸收光譜、氧化還原電勢以及三苯胺基染料敏化的DSCs的光電轉換性能之問的相互關系，為設計新型高效的三苯胺基染料提供了研究基礎。 5．考察了配制染料用有機溶劑，電解質中添加劑(4-叔丁基吡啶)，染料溶液中的共

6、吸附劑(鵝去氧膽酸)，TiO<,2>薄膜厚度以及光輻照度對三苯胺基染料敏化的DSCs的光電性能的影響。實驗結果為充分提高三苯胺基染料敏化DSCs的光電轉換效率提供了有價值的信息。 6．測試了三苯胺基染料的熱穩(wěn)定性，結果表明這些染料都具有較高的熱穩(wěn)定性，裂解溫度為250～338℃，完全能夠滿足實際使用的需要。 7．在B3LYP/6—31+G(d)水平下對三苯胺基染料分子進行密度泛函(DFT)計算，染料分子前線軌道布居分析表