發(fā)布時間：2020-01-29 12:36

【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSSCs)具有成本低廉、制作工藝簡單等優(yōu)點(diǎn),已成為當(dāng)前太陽能光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。用于捕獲太陽光子的光敏染料是DSSCs最核心的組成部分,其光物理、電化學(xué)性質(zhì)直接影響著太陽能電池器件的性能。本論文設(shè)計合成了三個系列新型的D-n-A型有機(jī)光敏染料,通過核磁共振和質(zhì)譜等手段對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并通過紫外可見吸收光譜、熒光光譜、循環(huán)伏安法研究了它們的光物理和電化學(xué)性質(zhì),最后,應(yīng)用這些染料制作了染料敏化太陽能電池,并測試了器件的光電性能。主要的研究內(nèi)容如下： (1)設(shè)計合成了以苯并噻唑?yàn)楣曹棪袠�、三苯胺為電子給體和氰基丙烯酸為電子受體的D-π-A型有機(jī)光敏染料,并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池。通過使用苯并噻唑代替?zhèn)鹘y(tǒng)π橋中的苯基,提高了染料分子的摩爾消光系數(shù),并使染料分子的吸收光譜發(fā)生輕微紅移,所制作的電池短路電流密度得到提高,從而得到了較高的光電轉(zhuǎn)換效率。其中,使用染料DBT1和DBT2制作的電池光電轉(zhuǎn)換效率分別為5.85%和5.43%,均高于以苯基為共軛π橋的染料DPB的光電轉(zhuǎn)換效率(4.24%)。相同條件下,使用參比染料N719制作的電池光電轉(zhuǎn)換效率為7.16%。 (2)設(shè)計合成了三個以芴衍生物為共軛π橋、二苯胺為電子給體和氰基乙酸為電子受體的D-n-A型有機(jī)光敏染料,并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池。其中,染料F1吸附在Ti02表面容易發(fā)生π-π堆積而導(dǎo)致較低的短路電流密度；以苯基取代芴π橋的染料F2發(fā)生π-π堆積現(xiàn)象明顯,其DSSCs的短路電流密度最�。灰哉夯〈苔袠虻娜玖螰3可以有效防止π-π堆積,顯著提高DSSCs的短路電流。在沒有共吸附劑的DSSCs中,F3染料敏化的太陽能電池的光電性能明顯優(yōu)于F1和F2,光電轉(zhuǎn)換效率最高,達(dá)到5.15%。 (3)設(shè)計合成了三個以菲并噻二唑?yàn)楣曹棪袠�、二苯胺為電子給體和氰基乙酸為電子受體的D-π-A型有機(jī)光敏染料,并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池。在AM1.5G,100mW·cm-2光照條件下,PTZ3染料敏化的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率最高,為4.13%(短路電流為9.06mA·cm-2,開路電壓為0.71V,填充因子為0.64)。
【圖文】：

主要是由光陽極、電解質(zhì)和對電極三部分組成。染料敏化太陽能電池的具體構(gòu)造和原理示意圖如圖1.1所示[18]。光陽極主要是通過在慘雜氟的氧化錫（FTO)透明導(dǎo)電玻璃上燒結(jié)一層納米多孔二氧化鈦（Ti02)薄膜，并在Ti02上吸附光敏染料制備而成的。對電極一般是由負(fù)載有催化性能物質(zhì)（如拍、石墨等）的導(dǎo)電玻璃組成。電解質(zhì)中通常含有氧化還原電對，存在于光陽極和對電極中間，使氧化態(tài)染料還原再生，自身可以從對電極得到電子再生。根據(jù)電解質(zhì)的形態(tài)，，可以分為液態(tài)電解質(zhì)、準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)。2

電池的短路電流密度主要由電池對太陽光光譜的響應(yīng)范圍和轉(zhuǎn)換效率決定。從太陽光能量分布譜圖（圖1.4)可以看出，要想獲得較高的短路電流密度，就需要電池對太陽光在紫外、可見光和近紅外有較寬的響應(yīng)。③填充因子如公式（2.12)所示，填充因子（ff)即為內(nèi)接矩形對應(yīng)的面積（實(shí)際產(chǎn)生的最大輸出功率）與外接矩形的面積（理論的最大輸出功率）之比。P J xVff 二 -~！=55_ = __。墜 (2.12)J.C Jsc ^V^c④總的光電轉(zhuǎn)換效率〔rP太陽能電池總的光電轉(zhuǎn)換效率可以用下式表示：—scXFocX肌 (2.13)由公式（2.13)可以看出，太陽能電池總的光電轉(zhuǎn)換效率影響因素有：短路電流密度、開路電壓、入射光強(qiáng)度以及填充因子。1.2.4光敏染料光敏染料是DSSCs的核心組成部分，吸附在Ti02表面，起到捕獲太陽光將光子轉(zhuǎn)化為電子并將電子注入到納米TiCh導(dǎo)帶的作用，是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。近二十年來，經(jīng)過廣大科研工作者的共同努力，目前已有上百種光敏染料應(yīng)用于DSSCs并獲得較好的光電轉(zhuǎn)換效率。光
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 田海寧;芳胺類光敏染料用于染料敏化太陽能電池的研究[D];大連理工大學(xué);2009年

本文編號：2574371