染料敏化太阳能电池敏化剂的合成及其性能研究

摘要

当今世界,能源和环境问题日益突出,各国都在不断寻求和开发清洁的和相对可持久利用的新能源,在这样的背景下太阳能电池应运而生。自1991年以来,染料敏化太阳能电池受到越来越多的科研工作者的关注,而染料敏化剂更是研究的重点之一。
　　 基于当前有机染料敏化剂大部分是D-π-A结构,本论文按照这样的思路设计合成了三种有机染料MX11-13,考虑到三苯胺是良好的供电基团以及增强整个分子的溶解性等各方面因素,采用联有两个己氧基的三苯胺基团作为供电基团；π共轭桥我们选择苯基和苯酚的衍生物,这是此三种染料的设计创新点,也是本论文考察的重点,即不同共轭桥联的染料的性能差异及原因。
　　 本论文以苯酚,对二苯甲醛,三苯胺,对碘苯酚等为原料,经过氧化、还原、NBS溴代、Vilsmeier-Haack反应,wittig反应,以及Knoevenagel缩合等反应,成功合成出三种新型染料MX11-13,并对三种目标化合物以及未见文献报道的中间体分别进行了红外、熔点、氢谱、碳谱和质谱等表征。对三种有机染料的光学性能、电化学性能以及光伏性能等进行了细致的研究。
　　 三种染料MX11-13在400 nm～600 nm之间均有两个特征吸收峰,在可见光区的最大吸收峰值分别位于453,453和472 nm处,这是染料分子结构中烷氧取代基的存在和分子几何结构共同作用的结果；并且三种染料的HOMO—UJMO的能级与TiO2能级相匹配,这些表明该三种染料具备作为染料敏化太阳能电池敏化剂的基本条件。通过对染料MX11-13的DSSC光伏性能的研究,得出三者的光电转化效率,其中MX13的光电转化效率(η)达到了7.02％,短路电流密度(JSC)为15.50 mA cm-2,开路电压(VOC)为697 mV,填充因子(ff)为0.65,其效率高于MX11和MX12。三种染料的电荷转移阻抗MX11(54Ω)　　 本论文还设计了两种钉基染料,多吡啶钌染料因其结构在可见光区有较宽的吸收光谱,并且有良好的激发反应活性和氧化还原性、氧化态和激发态寿命较长且保持着目前最高的光电转换效率。由于合成路线需要摸索和时间的关系,本论文只完成了部分合成工作。