新型三苯胺类染料敏化剂的合成及其性能研究

• 作 者: 吴敏婧
• 机 构: 华东理工大学
• 出 处: 华东理工大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 染料敏化太阳能电池 亚氨基芪 分子结构 光电性能 评价参数

染料敏化太阳能电池(DSSCs)是一种通过电池表面的染料将光能转换为电能的新型光电材料。由于其具有制作工艺简易，成本较低以及有效利用新能源等特点，近年来被人们广泛研究。研究表明，实现发展并应用染料敏化太阳能电池的关键在于提高电池的光电转换效率以及电池的使用寿命。本论文创新性地将半刚性化的三苯胺基团引入到染料分子中，并通过多样化的分子修饰，有效提高了染料敏化电池的光电性能。　　本论文第一章，简要介绍了染料敏化太阳能电池的基本结构，工作原理及其相关评价参数。根据染料分子中不同的给电子基团分类，综述了染料敏化太阳能电池的研究进展，并由此引出了本课题中所合成染料的设计思路。　　第二章，合成了基于亚氨基芪为电子给体的染料W1和W2，通过延长染料中的π链达到拓宽光谱吸收范围的目的，从而增强染料的光捕获能力。系统测试了染料的光电性质以及器件的光电性能，其中染料W2的最大吸收波长为466nm，效率达到了5.95％，(Voc=0.718V，Jsc=11.95mA·cm-2,FF=0.69)。　　第三章，合成了分子结构为D-A-π-A结构的新型染料M1，M2和M3，通过在分子中引入强吸电子基团来改进电池的各方面性能。由测试结果可知，喹喔啉基团的引入有效减少了染料在TiO2膜上吸收光谱的蓝移。三个染料中，带有烷氧基链的染料M2的开路电压最高，为0.690V，而共轭链最长的染料M3的短路电流为11.86mA·cm-2，效率可达5.77％（Voc=0.679V，Jsc=11.86mA·cm-2，FF=0.72）。　　第四章，合成了星射状结构的染料敏化剂J1，J2和J3。通过将独立的D-π-A结构合并于一个染料分子内，研究了基于多D-π-A链染料的敏化电池相对于传统D-π-A染料电池在性能方面的不同。结果表明，由于分子中存在多个电子供体和受体基团，染料J2和J3的短路电流相较于对比物J1得到了提高。通过加入CDCA优化后，染料J3的效率提高到了1.01％（Voc=0.569V，Jsc=2.94mA·cm-2，FF=0.60）。