29055.基于亞氨基芪電子給體的敏化染料及其性能

1、分類號：064416密級：UDC：華東理工大學(xué)學(xué)位論文薹妾咝堂堂醚型彭垡遴迭趟王成有指導(dǎo)教師姓名：蘇建華教授華東理工大學(xué)精細(xì)化工研究所申請學(xué)位級別：博士專業(yè)名稱：應(yīng)旦絲堂論文定稿日期：20130422學(xué)位授予單位：學(xué)位授予日期：論文答辯日期：華東理工大學(xué)20130528答辯委員會(huì)主席：評閱人：李富友教授易濤教授崔勇教授楊海波教授宋心遠(yuǎn)教授房強(qiáng)研究員華東理工大學(xué)博士學(xué)位論文第1頁基于亞氨基芪電子給體的敏化染料及其性能摘要染料敏化太陽能電池

2、(DSSCs)是利用吸附在半導(dǎo)體表面的染料分子吸收太陽光，從而將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的一種新型太陽能電池，具有制作工藝簡單、成本低廉、光電轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)勢，引起了研究者們的廣泛研究。如何有效地提高染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和使用壽命是目前染料敏化電池研究領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。本論文創(chuàng)新性地將亞氨基芪化合物引入染料敏化電池，提高染料穩(wěn)定性。在以亞氨基芪化合物為電子給體的分子中，系統(tǒng)性地引入了不同的強(qiáng)吸電子基團(tuán)，并測試了染料的光電性能及器件的

3、光電轉(zhuǎn)換效率。第一章，簡要介紹了有機(jī)染料敏化太陽能電池(DSSCs)的結(jié)構(gòu)及其工作原理，評價(jià)電池性能的主要指標(biāo)，納米晶半導(dǎo)體電極和電解質(zhì)等的發(fā)展概況，綜述了目前染料敏化劑的研究進(jìn)展，在此基礎(chǔ)之上提出了本論文的研究思路和主要內(nèi)容。第二章，首次將亞氨基二芐和亞氨基芪基團(tuán)引入染料敏化劑中，并以其為電子給體，噻吩作為兀共軛橋鏈，氰基乙酸為電子受體，合成了IDB一1，ISB—l，IDB一2和ISB一2，研究亞氨基二芐和亞氨基芪基團(tuán)對染料敏化太陽能

4、電池性能參數(shù)的影響。對比亞氨基二芐和亞氨基芪兩種基團(tuán)，基于亞氨基芪的染料具有更寬的吸收光譜，在可見光區(qū)具有更好的光捕獲能力。并在電子給體與噻吩基團(tuán)中間引入烯烴鍵，研究其對染料吸收光譜的影響。烯烴鍵的引入可以有效地?cái)U(kuò)寬染料的吸收光譜。在AM15G100mWcm2光照條件下，染料ISB一2得到1314mAem2的短路電流、0649V的開路電壓、O68的填充因子和583％的光電轉(zhuǎn)換效率。第三章，以苯并噻二唑單元作為額外的受體，以亞氨基芪作為電

5、子給體，設(shè)計(jì)了四個(gè)DA兀A結(jié)構(gòu)的染料S1～S4，考察引入吸電子基團(tuán)苯并噻二唑后對染料的吸收光譜和能級、光電性能的影響。吸電子基團(tuán)苯并噻二唑的引入，使染料的吸收光譜發(fā)生紅移，增強(qiáng)了染料的光捕獲能力。改變與受體相鄰的共軛基團(tuán)，如噻吩和苯基，可以簡單有效地調(diào)節(jié)染料的能級，改進(jìn)其光電性能?；谌玖蟂1，S2，S3和S4的DSSCs的IPCE在350～550nln的區(qū)域內(nèi)，均達(dá)到了60％，最高達(dá)到了90％。其中，基于染料S2的DSSCs得到121

6、1mAcm2的短路電流、0673V的開路電壓、066的填充因子和536％的光電轉(zhuǎn)換效率，在優(yōu)化條件后，得到1369mAcm2的短路電流、0722V的開路電壓、067的填充因子和671％的光電轉(zhuǎn)換效率。第四章，以喹喔啉單元作為額外的受體，以亞氨基芪作為電子給體，設(shè)計(jì)了兩個(gè)D—A_兀一A結(jié)構(gòu)的染料Q1和Q2，考察引入吸電子基團(tuán)喹喔啉后對染料的吸收光譜和能級、光電性能的影響。吸電子基團(tuán)喹喔啉的引入，有效地減小了染料因吸附時(shí)羧基丟失質(zhì)子而造成的