融噻吩橋聯(lián)敏化染料的合成及其光伏性能研究.pdf

1、能源危機已成為當今社會面臨的一個重大問題,近三百年來,工業(yè)革命導致的機械化大生產使得我們對能源的需求與日俱增,于是不可再生的化石燃料就扮演了重要的角色,在20世紀70年代石油危機爆發(fā)之后,能源需求量也就越來越大。太陽能是一種可再生能源,有著其它能源所不可比擬的優(yōu)點:1)與化石燃料相比,太陽能是人類取之不盡,用之不竭的可再生能源；2)相比核能,太陽能能源安全,無污染；3)相比水能,風能,太陽能容易利用,沒有的地理條件限制,成本。在1954

2、年實用化的硅太陽能電池問世,但是這類電池的制作成本高昂,制備工藝復雜,直到1991年,瑞士科學家Gr(a)itzel研究組開發(fā)出光電轉換效率為7％染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized NanocrystallinePhotovoltaic Solar Cells,DSSC),其制作工藝簡單,成本比較低廉,使用壽命較長。此類電池的核心部分是光敏染料,它的性能直接決定著染料敏化太陽能電池的使用壽命和光電轉化效率。
　　

3、本文設計合成了六種新型有機敏化染料,前五種都是以單的己氧基三苯胺為供電基團,第六種以雙己氧基三苯胺為供電基團,以三種不同的融噻吩與環(huán)氧噻吩連接作為共軛橋,氰基乙酸為電子受體,形成D-x-x-A型的有機敏化染料。以對碘苯酚、噻吩、n-C6H12Br、3-溴噻吩和n-CaH7Br等為起始原料,經過NBS或Br2溴化,Suzuki偶聯(lián)反應,Stille偶聯(lián)反應,Vilsmeier-Haack反應以及Knoevenagel縮合反應等最后得到目標

4、化合物,并對合成過程中的未見報道的29種中間體和最終的目標產物進行了紅外、熔點、碳譜、氫譜、質譜等結構表征。然后我們對這些染料進行了光電性質,分子理論計算和制備成敏化太陽能電池的光伏性能的研究,總結出了這些染料的結構和電池光電轉換效率的關系,為今后設計出高效有機敏化染料奠定了基礎。
　　 其中染料XS35～38是以四種推拉電子融噻吩和環(huán)氧噻吩聯(lián)接來作為共軛橋,四種染料在500 nm處都有一個強烈的可見光吸收帶,最大吸收峰的波長λ

5、max分別位于514,497,492和494 nm,這四種染料的HOMO和LUMO能級與二氧化鈦和電解液能級相匹配,符合作為敏化劑所必要的條件,電化學阻抗譜研究表明,TiO2/染料/電解液界面之間的RCT大小順序是:XS38>XS35>XS36>XS37；電子壽命大小順序:XS38>XS35>XS36>XS37。最后在AM1.5的標準光照下,通過對基于這六種染料的DSSCs的光伏性能的研究得出:在XS35-XS38中,XS38敏化太陽能

6、電池表現(xiàn)出比XS35-37更好的光伏性能,短路電流密度(JSC)14.47 mAcm-2,開路電壓(Voc)670 mV填充因子(ff)0.63,光電轉換效率(η)為6.11％；染料C83和C84分別是單供電基和雙供電基結構,本文對這兩種染料進行了簡單的測試,結果為:C83光伏性能優(yōu)于C84,短路電流密度(JSC)9.94 mA cm-2,開路光電壓(VOC)585 mV,填充因子(ff)為0.62,光電轉化效率3.62％,相同條件下N