三苯胺、氮雜蒽類D-π-A型有機染料的合成與光伏性能.pdf

1、本文以開發(fā)高效、穩(wěn)定的染料敏化太陽能電池為目標，選取染料敏化太陽電池中的核心組件——染料為研究對象，開發(fā)了幾種新型有機D-π-A型小分子與聚合物染料，通過光電物理化學表征技術(shù)，分析染料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系和變化規(guī)律。研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)合成了四種基于吩噁嗪單元(POZ)的有機染料，通過在模板染料POZ-2的7號位引入N-苯基吩噻嗪，N-苯基吩噁嗪和三苯胺三個給電子基團，得到染料分子POZ-3，POZ-4，POZ-5。通過理

2、論計算和電化學分析四個染料分子的結(jié)構(gòu)和能級分布可知，隨著三種給電子基團的引入，HOMO能級相應(yīng)提高。由于POZ-4中分子的特殊結(jié)構(gòu)，POZ-4的激發(fā)躍遷為HOMO-1到LUMO的躍遷?；谒膫€染料分子的DSSC器件測試結(jié)果表明，在7號位引入N-苯基吩噻嗪得到的染料分子POZ-3表現(xiàn)出7.8％的光電轉(zhuǎn)換效率(769 mV，13.98 mAcm-2)，通過瞬態(tài)光電壓和光電流衰減測試分析表明，由于結(jié)構(gòu)不同所致的電池光電壓及其相關(guān)的半導體導帶邊

3、的變化對電池性能起著決定性的作用。
　　(2)對比分析兩種具有不同共軛方向的POZ基染料分子POZ-1與POZ-2的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系。通過理論計算結(jié)果表明，當把POZ-1分子的共軛方向從沿“N”原子方向改成沿2號位方向（POZ-2），分子整體性能大大提升，因為，POZ-1中POZ單元與苯環(huán)單元之間的二面角接近90°，導致分子內(nèi)基態(tài)到激發(fā)態(tài)(HOMO-LUMO)的電荷傳輸禁阻，相反，POZ-2的D單元與π單元之間的二面角僅為16°，具

4、有更好的共軛性和電子離域性。另外POZ-2中的烷基鏈可以在一定程度上抑制暗電流，進一步導致POZ-1的Voc與jsc明顯低于POZ-2，以致POZ-1的光電轉(zhuǎn)換效率(2.4％)遠小于POZ-2(6.5％)。
　　(3)將己基噻吩作為給電子修飾體引入三苯胺染料L1中得到染料L101，對比分析其光電物理化學性能。結(jié)果表明，L101染料的溶解性和光捕獲能力較L1強，以至其具有更高的Jsc。另外，引入己基噻吩之后，基于L101器件的光陽極

5、導帶邊略高，使其具有較高的開路電壓Voc，且其整體光電轉(zhuǎn)換效率為5.1％，較染料L1的4.7％略有提升。這種微弱的提升表明，在三苯胺類有機小分子染料中引入己基噻吩可提升染料的整體性能，但是這種改進不如釕染料分子(C101)明顯。
　　(4)合成了三種聚合物染料分子:PPTZF，PPTZCZ和PTPACZ，它們的分子量基本在2300～3000(DP～4)，通過比較三個染料分子的光物理化學特性，可知，三苯胺作為給電子單元在聚合物染料中