新型氧化還原電對及吩噁嗪染料在染料敏化太陽能電池中的應用.pdf

1、本論文以染料敏化太陽能電池(DSSCs)中的光敏染料及氧化還原電對為研究主題:以拓寬染料光譜吸收為目標，設計開發(fā)了在可見光區(qū)及近紅外區(qū)都有較好光譜響應的吩噁嗪類寬光譜光敏染料并應用于DSSCs;以降低電池中染料再生過程中的電勢損失為切入點，開發(fā)了具有高氧化還原電位并單電子轉移的6，6'-二甲基-2，2'-聯(lián)吡啶銅配合物([Cu(dmbp)2]2+/1+)及3-氧代-2-苯基-4，4，5，5-四甲基咪唑啉-1-氧(PTIO/PTIO+)氧

2、化還原電對應用于DSSCs:
　　設計合成了一系列以吩噁嗪為供電子體以三倍司鎓離子為吸電子體的純有機光敏染料LJJ101-LJJ103。LJJ系列染料在可見光區(qū)至近紅外區(qū)實現(xiàn)了較強的光譜吸收。相對于染料LJJ101，引入噻吩基團的染料LJJ102的最大吸收波峰略微紅移，引入方酸基團的LJJ103染料的最大吸收峰發(fā)生明顯的紅移。應用于染料敏化太陽能電池時，基于染料LJJ102和LJJ103的器件顯示了更寬的IPCE響應，響應范圍從4

3、00 nm到近850mn，獲得了更高的短路電流密度(JSC）。最終基于染料LJJ103的電池在一個標準光強AM1.5G下獲得最高5.1％的光電轉換效率(PCE)。
　　將具有扭曲四面體結構的[Cu(dmbp)2]2+/1+作為電解質中氧化還原電對應用于DSSCs。使用Y123染料作為光敏劑，基于[Cu(dmbp)2]2+/1+體系的器件獲得了1048mV的開路電壓(VOC)，比I3-/I-和[Co(bpy)3]3+/2+體系分別高

4、出324 mV及204 mV，這可歸因于[Cu(dmbp)2]2+/1+的較高的氧化還原電位。該體系在具有一個極低染料再生驅動力(僅0.11eV)下展示了快速的染料再生過程。其再生染料速度與I3-/I-相似，幾乎是[Co(bpy)3]3+/2+的兩倍。因此，染料再生過程的電勢損失被有效降低進而獲得了一個標準光強下10.3％的光電轉換效率。繼續(xù)探究了Pt及3，4-乙撐二氧噻吩聚合物(PEDOT)對電極對[Cu(dmbp)2]2+/1+體系

5、的催化性能。塔菲爾及電化學阻抗測試均顯示PEDOT對電極與[Cu(dmbp)2]2+/1+具有更好的兼容性。因此，應用于DSSCs時獲得了較高的填充因子(FF)以及11.9％的光電轉換效率。
　　將3-氧代-2-苯基-4，4，5，5-四甲基咪唑啉-1-氧(PTIO)有機自由基引入到DSSCs中作為氧化還原介質，高效的TEMPO/TEMPO+體系作為對照。設計合成了具有高HOMO能級的以咔唑為供電子體以羧甲基吡啶鎓離子為吸電子體的光