三苯胺基染料的制備表征及在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(Dscs)是一種低成本、高效率和環(huán)保的太陽(yáng)能電池，自上世紀(jì)90年代以來(lái)便受到各國(guó)研究者的高度重視，已展現(xiàn)出十分誘人的應(yīng)用前景。新型高效染料敏化劑的研究一直是DSCs領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 在已報(bào)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(jī)染料敏化劑具有結(jié)構(gòu)多樣、易于設(shè)計(jì)和摩爾吸光系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)染料敏化劑與釕基敏化劑相比，最大的優(yōu)勢(shì)在于成本低。所以，設(shè)計(jì)合成用于替代釕基染料的有

2、機(jī)染料敏化劑已經(jīng)成為一項(xiàng)非常重要工作?；诖?，本論文研究方向?yàn)楦咝?、低成本有機(jī)染料敏化劑的設(shè)計(jì)與合成。我們以三苯胺為基本材料，設(shè)計(jì)合成了一系列三苯胺基有機(jī)染料，系統(tǒng)研究了這些染料的光、電化學(xué)性質(zhì)以及它們?cè)贒SCs中的應(yīng)用。主要內(nèi)容如下： 1.選用三苯胺(TPA)作為基本構(gòu)件，設(shè)計(jì)合成了7種具有D-π-A(electron donor-π bridge-electron acceptor)分子結(jié)構(gòu)的新型三苯胺基染料(TPAR1～T

3、PAR6和TPAR11)，在此過(guò)程中共得到了11種新的有機(jī)化合物，并對(duì)這些化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)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(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)。結(jié)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(shù)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(dá)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(jí)位置完全符合DSCs中電子轉(zhuǎn)移的要求。 3.系統(tǒng)表征三苯胺基染料敏化的DSCs的光電轉(zhuǎn)換性能，結(jié)果表明三苯胺基染料具有良好的敏化性能：入射光光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)曲線顯示TPAR11具有最好的光電響應(yīng)，在475 nm時(shí)達(dá)到最大值83.7％，如果考慮到導(dǎo)電玻璃的光吸收和反射，該值對(duì)應(yīng)的量子產(chǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)、吸收光譜、氧化還原電勢(shì)以及三苯胺基染料敏化的DSCs的光電轉(zhuǎn)換性能之問(wèn)的相互關(guān)系，為設(shè)計(jì)新型高效的三苯胺基染料提供了研究基礎(chǔ)。 5．考察了配制染料用有機(jī)溶劑，電解質(zhì)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(duì)三苯胺基染料敏化的DSCs的光電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為充分提高三苯胺基染料敏化DSCs的光電轉(zhuǎn)換效率提供了有價(jià)值的信息。 6．測(cè)試了三苯胺基染料的熱穩(wěn)定性，結(jié)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(shí)際使用的需要。 7．在B3LYP/6—31+G(d)水平下對(duì)三苯胺基染料分子進(jìn)行密度泛函(DFT)計(jì)算，染料分子前線軌道布居分析表