基于DPP、均四嗪有機(jī)小分子染料敏化劑的理論模擬、合成及光電性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)化石能源的不可再生性必然引起人們對(duì)新能源的探索與開發(fā)，染料敏化太陽電池（DSSC）作為一種新興的、低廉環(huán)保的太陽能電池逐漸成為近幾年研究的熱點(diǎn)。如何獲取高效的光電轉(zhuǎn)換效率，不僅與電池的制作工藝、環(huán)境有關(guān)，更與DSSC中的敏化劑息息相關(guān)。
　　本論文綜述了酞菁類敏化劑的研究進(jìn)展，設(shè)計(jì)了三類不同的染料敏化劑，通過理論計(jì)算，驗(yàn)證了其作為敏化劑的可行性，并進(jìn)一步合成及簡(jiǎn)單的表征。
　　作為國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（NO.2117

2、1084）與973項(xiàng)目子課題（2011CBA00701）的部分工作，本文主要在以下幾個(gè)方面取得了一定的研究?jī)r(jià)值。
　　第一章簡(jiǎn)單介紹了太陽能發(fā)電的發(fā)展歷史、DSSC結(jié)構(gòu)及工作原理，并簡(jiǎn)要概述了近幾年各類敏化劑的發(fā)展現(xiàn)狀，列舉了幾種不同結(jié)構(gòu)的高效率敏化劑，尤其對(duì)DPP類敏化劑進(jìn)行了較詳細(xì)的總結(jié)。
　　第二章設(shè)計(jì)并合成了6種DPP類小分子PaDPP-1—PaDPP-3和PtDPP-1—PtDPP-3，先通過DFT方法在B3LYP

3、/LANL2DZ水平上研究了其分子軌道能級(jí)與軌道空間分布。討論了供體和受體分別不同時(shí)對(duì)DPP敏化劑性質(zhì)的影響。理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，PaDPP要比PtDPP的HOMO-LUMO能級(jí)差高。并進(jìn)一步測(cè)得了該系列敏化劑在氯仿中的紫外-可見吸收光譜和熒光光譜，以羅丹寧-3-乙酸為吸附基團(tuán)的敏化劑要比以氰基丙烯酸的吸收更為紅移，PaDPP敏化劑的最大可見光吸收已超過600nm。在電池制備中發(fā)現(xiàn)，帶有羅丹寧-3-乙酸吸附基團(tuán)的DPP敏化劑溶解性較差，且不容

4、易吸附在TiO2導(dǎo)帶上。經(jīng)過測(cè)試后，得的6種敏化劑的光電轉(zhuǎn)換效率都很低，甚至沒有達(dá)到1％，可能與敏化劑溶解性太差以及電池的制作有關(guān)。
　　第三章在前一章的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并合成了以吩噻嗪為供體的5種新型DPP類敏化劑，主要通過對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)，改變 DPP另一端的共軛基團(tuán)（噻吩與苯環(huán)）與吸附基團(tuán)，研究結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。為增大敏化劑溶解性，每個(gè)分子上都帶有4個(gè)烷基鏈。理論計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，該系列敏化劑比 PtDPP1-3有較高的能級(jí)差，測(cè)試的

5、循環(huán)伏安數(shù)據(jù)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。測(cè)得的紫外-可見吸收光譜顯示，羅丹寧-3-乙酸使最大吸收峰更為紅移。盡管這5種敏化劑呈現(xiàn)出對(duì)光的良好吸收以及易溶解等特點(diǎn)，但在電池的光電測(cè)試后，得到數(shù)據(jù)依然不高。
　　第四章合成了3種不同的帶有均四嗪的敏化劑，也是首次將均四嗪引入到染料敏化劑中。通過理論計(jì)算分析了這三種敏化劑應(yīng)用到DSSC中的可行性，由于時(shí)間有限，還未對(duì)其光電性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試。
　　第五章為酞菁敏化劑的綜述部分。酞菁作為敏化劑的一種，

6、因其低成本及高度的穩(wěn)定性等特點(diǎn)，越來越被人們所重視，并在近二十年的研究中得到迅速的發(fā)展。目前最具代表性的是TT系列和PCS系列敏化劑。以苯氧基及其衍生物為推電子基團(tuán)的酞菁敏化劑更是達(dá)到6.4%的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，此類敏化劑存在的普遍問題是溶解性較差，因此如何克服酞菁敏化劑溶解性問題也是今后研究的一個(gè)方向。本文先簡(jiǎn)要的介紹了DSSC的結(jié)構(gòu)、工作原理以及目前比較成熟的幾種敏化劑，又詳細(xì)介紹了對(duì)稱型酞菁、軸向酞菁以及具有―推-拉‖電子結(jié)構(gòu)的