基于DPP、均四嗪有機小分子染料敏化劑的理論模擬、合成及光電性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)化石能源的不可再生性必然引起人們對新能源的探索與開發(fā)，染料敏化太陽電池（DSSC）作為一種新興的、低廉環(huán)保的太陽能電池逐漸成為近幾年研究的熱點。如何獲取高效的光電轉換效率，不僅與電池的制作工藝、環(huán)境有關，更與DSSC中的敏化劑息息相關。
　　本論文綜述了酞菁類敏化劑的研究進展，設計了三類不同的染料敏化劑，通過理論計算，驗證了其作為敏化劑的可行性，并進一步合成及簡單的表征。
　　作為國家自然科學基金資助項目（NO.2117

2、1084）與973項目子課題（2011CBA00701）的部分工作，本文主要在以下幾個方面取得了一定的研究價值。
　　第一章簡單介紹了太陽能發(fā)電的發(fā)展歷史、DSSC結構及工作原理，并簡要概述了近幾年各類敏化劑的發(fā)展現(xiàn)狀，列舉了幾種不同結構的高效率敏化劑，尤其對DPP類敏化劑進行了較詳細的總結。
　　第二章設計并合成了6種DPP類小分子PaDPP-1—PaDPP-3和PtDPP-1—PtDPP-3，先通過DFT方法在B3LYP

3、/LANL2DZ水平上研究了其分子軌道能級與軌道空間分布。討論了供體和受體分別不同時對DPP敏化劑性質的影響。理論計算發(fā)現(xiàn)，PaDPP要比PtDPP的HOMO-LUMO能級差高。并進一步測得了該系列敏化劑在氯仿中的紫外-可見吸收光譜和熒光光譜，以羅丹寧-3-乙酸為吸附基團的敏化劑要比以氰基丙烯酸的吸收更為紅移，PaDPP敏化劑的最大可見光吸收已超過600nm。在電池制備中發(fā)現(xiàn)，帶有羅丹寧-3-乙酸吸附基團的DPP敏化劑溶解性較差，且不容

4、易吸附在TiO2導帶上。經(jīng)過測試后，得的6種敏化劑的光電轉換效率都很低，甚至沒有達到1％，可能與敏化劑溶解性太差以及電池的制作有關。
　　第三章在前一章的基礎上設計并合成了以吩噻嗪為供體的5種新型DPP類敏化劑，主要通過對分子結構進行微調(diào)，改變 DPP另一端的共軛基團（噻吩與苯環(huán)）與吸附基團，研究結構與性能的關系。為增大敏化劑溶解性，每個分子上都帶有4個烷基鏈。理論計算后發(fā)現(xiàn)，該系列敏化劑比 PtDPP1-3有較高的能級差，測試的

5、循環(huán)伏安數(shù)據(jù)也驗證了這一點。測得的紫外-可見吸收光譜顯示，羅丹寧-3-乙酸使最大吸收峰更為紅移。盡管這5種敏化劑呈現(xiàn)出對光的良好吸收以及易溶解等特點，但在電池的光電測試后，得到數(shù)據(jù)依然不高。
　　第四章合成了3種不同的帶有均四嗪的敏化劑，也是首次將均四嗪引入到染料敏化劑中。通過理論計算分析了這三種敏化劑應用到DSSC中的可行性，由于時間有限，還未對其光電性質進行測試。
　　第五章為酞菁敏化劑的綜述部分。酞菁作為敏化劑的一種，

6、因其低成本及高度的穩(wěn)定性等特點，越來越被人們所重視，并在近二十年的研究中得到迅速的發(fā)展。目前最具代表性的是TT系列和PCS系列敏化劑。以苯氧基及其衍生物為推電子基團的酞菁敏化劑更是達到6.4%的光電轉換效率。然而，此類敏化劑存在的普遍問題是溶解性較差，因此如何克服酞菁敏化劑溶解性問題也是今后研究的一個方向。本文先簡要的介紹了DSSC的結構、工作原理以及目前比較成熟的幾種敏化劑，又詳細介紹了對稱型酞菁、軸向酞菁以及具有―推-拉‖電子結構的