基于碘基和鈷基電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池的研究

1、基于碘基和鈷基電解基于碘基和鈷基電解質(zhì)的質(zhì)的染料染料敏化太陽敏化太陽能電池電池的研究的研究StudyonDyeSensitizedSolarCellsBasedonIodineCobaltElectrolytes一級(jí)學(xué)科：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科專業(yè)：熱能工程研究生：張?jiān)轮笇?dǎo)教師：張于峰教授天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院二零一四年五月萬方數(shù)據(jù)摘要1991年，瑞士科學(xué)家MichaelGrtzel報(bào)道了染料敏化太陽能電池（Dyesensitiz

2、edsolarcells，DSCs），在模擬太陽光的照射下，獲得了7.17.9％的光電轉(zhuǎn)換效率。該類電池與傳統(tǒng)的晶硅類太陽能電池相比，加工工藝簡(jiǎn)單，制造成本低廉，為人類大規(guī)模利用太陽能提供了新的途徑。此后，DSCs成為太陽能光伏應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來，絕大部分光敏染料的設(shè)計(jì)、合成主要集中于碘基電解質(zhì)，而碘電解質(zhì)自身的缺陷限制了DSCs光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高，研究發(fā)現(xiàn)，采用鈷電解質(zhì)可以降低太陽能電池生產(chǎn)成本，并且更加環(huán)保。但是僅僅用

3、鈷電解質(zhì)代替碘電解質(zhì)，電池性能并未得到提高。目前，基于兩種電解質(zhì)的光敏染料的研究報(bào)道還很少。為了進(jìn)一步提高DSCs的性能，需要探索染料在兩種電解質(zhì)中的構(gòu)效關(guān)系及協(xié)同作用機(jī)制，使光敏染料和電解質(zhì)協(xié)同配合，以促進(jìn)染料分子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)?；谏鲜龇治?，本論文的研究主要包括以下內(nèi)容：（1）設(shè)計(jì)、合成四種新型有機(jī)染料M14、M24、XS51和XS52，旨在提高染料的光捕獲能力和抑制電子復(fù)合的能力，使其適用于鈷電解質(zhì)。染料M14和M24以三聚茚修

4、飾的三芳胺為供電基團(tuán)，XS51以己氧基修飾的三芳胺為供電基團(tuán)，XS52以二氫吲哚為供電基團(tuán)，四種染料都是以氰基乙酸為電子受體，以環(huán)氧噻吩（EDOT）為π共軛橋結(jié)構(gòu)。染料經(jīng)過溴化、偶聯(lián)、威爾斯邁爾反應(yīng)和Knoevenagel縮合等反應(yīng)合成。對(duì)四種染料以及它們的中間體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，證明了染料結(jié)構(gòu)的正確性；（2）用染料M14、M24、XS51和XS52制作了基于碘基電解質(zhì)和鈷基電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池，包括二氧化鈦薄膜電極、對(duì)電極的制備、

5、敏化過程、電解質(zhì)注入過程和封裝過程；（3）測(cè)試了電池的光伏性能，進(jìn)行了密度泛函和含時(shí)密度泛函計(jì)算，結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)分析了染料的結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)種類對(duì)電池性能的影響及二者的協(xié)同作用機(jī)制?；谟袡C(jī)染料M14和M24，論文中詳細(xì)分析了三聚茚基作為給體時(shí)，其烷鏈長(zhǎng)度對(duì)碘基和鈷基電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池的光電性能的影響。使用碘電解質(zhì)時(shí)，丙基染料M14制成的電池比己基染料M24電池表現(xiàn)出更大的短路電流Jsc和更高的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），由于前者吸附的染