氮吡咯噻吩修飾的BODIPY光敏劑的合成及光伏性能研究.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)人們面臨著各種各樣的環(huán)境問(wèn)題，這些環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生，都是由于人類(lèi)對(duì)資源無(wú)休止的掠奪，使我們要面對(duì)能源枯竭和開(kāi)發(fā)新能源的現(xiàn)狀。替代能源很多，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能和地?zé)崮艿榷喾N清潔能源，而太陽(yáng)能的優(yōu)勢(shì)毋庸置疑。本文主要研究新型染料敏化太陽(yáng)能電池，染料種類(lèi)繁多，但主要的問(wèn)題是對(duì)可見(jiàn)光600-700nm的利用不多，這段波長(zhǎng)范圍是太陽(yáng)能量最高的部分，氟化硼二吡咯甲川(BODIPY)類(lèi)染料具有較寬的光譜，擁有更好的光捕獲性能，但因?yàn)檫@類(lèi)染料

2、的總光電轉(zhuǎn)化率不高，一直沒(méi)有較多的研究和突破。論文通過(guò)設(shè)計(jì)合成了三種新型BODIPY化合物，研究了這些化合物的合成方法以及光伏性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并闡明這類(lèi)結(jié)構(gòu)的染料影響電池光電轉(zhuǎn)化效率率的原因，具體內(nèi)容如下。
　　1.合成了三種連接不同橋的BODIPY類(lèi)染料(M61-M63)，同時(shí)還設(shè)計(jì)了 LB1-LB5五種敏化劑，詳細(xì)介紹了染料及其中間體的合成過(guò)程。染料 M63的合成，改進(jìn)了此類(lèi)敏化劑終產(chǎn)物的合成方法。先得到BODIPY前體化合

3、物醛的氰基乙酸，再進(jìn)行BODIPY的合成，改進(jìn)之后的方法可以高效的合成此類(lèi)敏化劑。LB3-LB5的合成主要說(shuō)明了連接了噻吩和噻吩衍生物的BODIPY化合物的上醛反應(yīng)活性問(wèn)題，氮吡咯噻吩橋(DTP)的噻吩環(huán)活性大于吡咯環(huán)，咔唑修飾的吡咯環(huán)活性和DTP噻吩環(huán)活性相近。由于活性相近導(dǎo)致產(chǎn)物較雜，不易分離產(chǎn)物，不利于終產(chǎn)物的合成。同時(shí)在BODIPY的合成中使用了兩種溶劑，溶劑影響反應(yīng)的活性，決定終產(chǎn)物能否合成，可以改變?nèi)軇┓N類(lèi)，優(yōu)化合成BODI

4、PY條件。
　　2.通過(guò)紫外吸收光譜分析，相比參比染料RB，M61-M63吸收光譜拓寬，出現(xiàn)了新的吸收峰，其中M62和M63了紅移15nm，說(shuō)明DTP在BODIPY類(lèi)化合物母核8位的修飾，能夠調(diào)整BODIPY類(lèi)染料的能級(jí)，改善化合物的光譜性質(zhì)。
　　3.通過(guò)微分脈沖伏安法(DPV)測(cè)試，計(jì)算出染料的最高占有軌道(HOMO)的能級(jí)，按照M62(0.904V)>M61(0.846V)>M63(0.808V)的順序依次減小，說(shuō)明連

5、接橋會(huì)影響染料的HOMO能級(jí)，共軛橋越長(zhǎng)HOMO能級(jí)負(fù)移。通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算，從理論上解釋 DTP影響了 BODIPY類(lèi)染料能級(jí)的原因，共軛橋中 DTP增加了最低未占有軌道(LUMO)的離域性，使電子更容易經(jīng)連接橋傳導(dǎo)至錨定基團(tuán)，并有效地注入到二氧化鈦導(dǎo)帶中。
　　4.通過(guò)測(cè)試染料的單色光光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)和光電流電壓(J-V)，發(fā)現(xiàn)染料M61/M63的光電數(shù)據(jù)遠(yuǎn)高于M62/RB，是后兩者的數(shù)倍，這種光電數(shù)據(jù)現(xiàn)象與紫外光譜趨勢(shì)