聯(lián)級(jí)供電子光敏染料用于染料敏化太陽(yáng)能電池的研究.pdf

1、本論文設(shè)計(jì)合成了以二甲胺-三苯胺和咔唑(三苯胺)-咔唑?yàn)槁?lián)級(jí)供電子基的兩類光敏染料應(yīng)用于染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池(DSSC)中，利用質(zhì)譜、核磁共振氫譜對(duì)這些化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并對(duì)染料的光物理、電化學(xué)性能及其在納米TiO2電極上的光電轉(zhuǎn)換性能方面進(jìn)行了測(cè)試研究。 將二甲胺-三苯胺類聯(lián)級(jí)光敏染料應(yīng)用于DSSC中進(jìn)行光敏化性能研究。在AM1.5(100 mW cm-2)模擬太陽(yáng)光的照射下，引入一個(gè)二甲胺的聯(lián)級(jí)染料N-TPAl的敏化電

2、池效率(η)為2.06％，與單級(jí)三苯胺染料相比降低0.13％，以羅丹寧乙酸為吸電子基的染料N-TPA2電池效率為1.60％。在優(yōu)化試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)二甲胺的引入使得染料在TiO2表面發(fā)生聚集作用。對(duì)染料結(jié)構(gòu)的密度泛函理論計(jì)算(DFT)證明了N-TPAl的LUMO電子集中在氰基乙酸基團(tuán)上，N-TPA2的LUMO電子集中在羅丹寧構(gòu)架內(nèi)。由于羅丹寧乙酸基團(tuán)的羰基與五元環(huán)構(gòu)架間隔一個(gè)亞甲基，使得LUMO電子分布距離吸附基團(tuán)(-COOH)遠(yuǎn)，阻礙電子經(jīng)由

3、羰基注入TiO2導(dǎo)帶，這是N-TPA2的敏化電池效率比N-TPAl低的原因之一。 將咔唑(三苯胺)-咔唑類聯(lián)級(jí)光敏染料應(yīng)用于DSSC中進(jìn)行光敏化性能研究。在AM 1.5(100 mW cm-2)模擬太陽(yáng)光的照射下，引入一個(gè)三苯胺基團(tuán)的聯(lián)級(jí)染料TCB的敏化電池單色光光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)在460 nm處最大值達(dá)到60％，在400～500 nm區(qū)域IPCE值超過(guò)50％，電池效率達(dá)到2.47％，達(dá)到相同條件下N719染料敏化電池效率

4、的一半。對(duì)染料結(jié)構(gòu)的密度泛函理論計(jì)算(DFT)證明了染料的LUMO電子分布距離吸附基團(tuán)(-COOH)近，能夠?qū)崿F(xiàn)染料分子的LUMO與TiO2的3d軌道(導(dǎo)帶)發(fā)生電子云重疊，促進(jìn)電子的注入。將CCB染料應(yīng)用于Br3-/Br-電解質(zhì)敏化電池，開路電壓可達(dá)1.03 V，是目前已知的最高開路電壓，相同條件下，應(yīng)用于I3-/I-電解質(zhì)的開路電壓為0.65 V。該類化合物紫外-可見(jiàn)吸收譜帶在350～500 nm范圍內(nèi)，未能充分利用太陽(yáng)光，這是此類