含唑类/二茂铁基团的卟啉轴向配位自组装在染料敏化太阳能电池中的应用

• 作 者: 吴方圆
• 机 构: 西北师范大学
• 出 处: 西北师范大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 染料敏化太阳能电池 金属卟啉 自组装 轴向配位 光电性能

将太阳能转化为电能的基于介孔纳米晶氧化物的染料敏化太阳能电池（DSSCs）,是一种替代传统硅基太阳能电池的、有前途的、低成本的新型太阳能电池。由于敏化剂是决定电池性能的关键因素,设计优化的敏化剂分子对提升能量转换效率（η）有至关重要的作用。目前,高效率的DSSCs（η=10-12%）,大多采用钌配合物作为敏化剂。然而,钌的有限储存量和潜在的环境影响,促使人们努力开发新型的、绿色的、以有机物为主的染料。其中卟啉由于其非常高的摩尔消光系数和多功能性,使得它在所有有机染料中备受亲赖。然而典型的卟啉染料仍有不足之处:在约450 nm或>600 nm波长范围内捕光性能较差。基于此,我们可以通过延长π共轭体系,增加卟啉的电子供受体来使吸收波长移动和扩展,从而增加光捕获性能和所得η值。通过以上研究,本论文设计合成了几种含不同取代基的金属卟啉,以单层或双层轴向配位的模式组装在介孔纳米晶TiO₂薄膜上,通过实验对比研究了不同锚定单体或双层卟啉超分子自组装体对DSSCs的光谱、电化学和光伏性能产生的影响。具体工作如下:1、合成了两种“Trans-A2B2”型中位取代的含四氮唑或咪唑基的锌卟啉配合物,表征了化合物的结构,同时将它们组装成DSSCs器件研究了它们的光电性能。此外,利用紫外可见吸收光谱、量化计算以及透射电镜分析等手段对这些器件的性能进行了进一步的研究。2、合成了几种meso-位取代的含四氮唑或咪唑基的“Trans-A2BC”型锚定金属卟啉,表征了其结构,将其通过-COOH基团锚固在纳米TiO₂半导体上,再轴向配位一个“Trans-A2B2”型锌卟啉化合物,制成DSSCs器件,研究了它们的光电性能。同时利用紫外可见吸收光谱、量化计算、透射电镜、电化学阻抗谱分析等手段对这些自组装体的性能进行了进一步的研究。3、合成了三种“Trans-A2B2”型中位取代的含二茂铁基团的锌卟啉化合物,对它们进行了必要的结构表征,并将其轴向配位自组装在另一个锚定锌卟啉上,构建DSSCs器件,研究了这三种金属卟啉超分子太阳能电池的光电性能。