【摘要】：有機光敏劑是有機太陽能電池(OSCs)的核心部分,它自身的物理和化學性質(zhì)決定著電池的光伏性能。因此,為進一步提升OSCs的能量轉(zhuǎn)換效率,開發(fā)綜合性能優(yōu)良的新型有機光敏材料具有重要研究意義。本文開發(fā)了系列噻吩并咔唑稠環(huán)(DTCC)基有機光敏劑,并采用核磁共振譜、質(zhì)譜以及紅外光譜等進行了結構表征。此外,我們還采用理論計算、紫外-可見吸收光譜和循環(huán)伏安等系統(tǒng)地研究了該類材料的光物理和電化學性質(zhì)�；诤铣傻墓饷舨牧�,我們構建了OSCs,并探討了材料結構與光伏性能之間的關系。主要研究結果如下:1、以DTCC為電子給體(D)和3-(二氰基亞甲基)靛酮為電子受體(A),設計并合成了具有A-D-A構型的n-型有機半導體材料(DTCC-IC)。結果表明:DTCC-IC在500-720 nm具有強的光捕獲能力和高的摩爾消光系數(shù)(105 M-1 cm-1),具有合適的HOMO/LUMO能級(-5.50/-3.87 eV)�？臻g電荷限制電流法測試表明:DTCC-IC的電子遷移率高達2.17×10-3cm2 V-1s-1,這可與富勒烯衍生物受體相媲美。在模擬太陽光(AM 1.5G,100 mWcm-2)照射下,基于聚合物給體PTB7-Th和DTCC-IC受體構建的本體異質(zhì)結太陽能電池,獲得的最高能源轉(zhuǎn)換效率達6%。這表明DTCC是一類綜合性能優(yōu)異的電子給體構建單元,可用于開發(fā)高遷移率n-型有機半導體材料。2、基于DTCC單元,設計并合成了系列D-A-π-A型有機染料C1-C3。其中,DTCC為電子給體,苯環(huán)為共軛橋連單元,羧酸為錨定基團。為了調(diào)控染料的分子骨架結構、吸收光譜、能級結構以及光伏性能,我們將第二輔助受體(譬如,苯并噻二唑,BT;二氟苯并噻二唑,DFBT;和吡啶噻二唑,PT)引入到染料C1-C3的分子骨架中。結果表明:強的D-A效應使得染料C1-C3具有強的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移和高的摩爾消光系數(shù)(3.14×104 M-1 cm-1),這確保了該類染料具有強的光捕獲能力;相比BT-基染料C1,DFBT-基染料C2中的氟取代破壞了分子骨架的共平面性,使得C2的電荷轉(zhuǎn)移吸收峰發(fā)生了 7 nm的藍移。然而,PT-基染料C3中氮的引入,增強了染料分子骨架的共平面性,使得C3的電荷轉(zhuǎn)移吸收峰發(fā)生了 52 nm的紅移。但分子骨架共平面性的增強同時加強了染料C3在TiO2膜上的聚集。在模擬太陽光(AM1.5G,100mWcm-2)照射下,基于染料C1-C3構建染料敏化太陽能電池的能源轉(zhuǎn)換效率分別為6.75%、5.40%和 1.85%。
【圖文】：

邐湘潭大學碩士論文邐逡逑染料敏化太陽能電池（ＤＳＳＣｓ）的基本器件結構是如圖１．２邋（左）所示的“三逡逑明治”結構，它主要是由光陽極、電解液及惰性對電極組成。其中光陽極包括：逡逑氟摻雜的氧化錫（ＦＴＯ）導電玻璃基底和吸附有染料敏化劑的納米多孔氧化物薄逡逑膜。常用的納米多孔氧化物是Ｔｉ０２；對電極采用鉑電極或鍍鉑的ＦＴＯ導電玻逡逑璃；常見的電解液有固態(tài)、準固態(tài)和液態(tài)電解液等。逡逑ＤＳＳＣｓ中染料敏化劑的作用類似于植物中的葉綠素，起到吸收太陽光產(chǎn)生逡逑電子的作用。ＤＳＳＣｓ的工作原理如圖１．１邋（右）所示：太陽光照射下，附著在Ｔｉ０２逡逑薄膜上的染料分子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)染料分子產(chǎn)生一個電子轉(zhuǎn)變?yōu)檠蹂义匣瘧B(tài)染料分子，同時電子被快速注入到Ｔｉ０２導帶內(nèi)，，并到達ＦＴＯ導電玻璃。逡逑氧化態(tài)染料陽離子被電解質(zhì)中的ｒ還原成染料分子，而ｒ被氧化成Ｉｆ，實現(xiàn)逡逑了染料的再生。注入Ｔｉ0２導帶的電子經(jīng)外電路流向鉑對電極，將ｉ３＿還原成ｒ，逡逑這樣就形成了一個完整的電子回路，周而復始，不斷進行下去。逡逑

逡逑染料敏化太陽能電池（ＤＳＳＣｓ）的基本器件結構是如圖１．２邋（左）所示的“三逡逑明治”結構，它主要是由光陽極、電解液及惰性對電極組成。其中光陽極包括：逡逑氟摻雜的氧化錫（ＦＴＯ）導電玻璃基底和吸附有染料敏化劑的納米多孔氧化物薄逡逑膜。常用的納米多孔氧化物是Ｔｉ０２；對電極采用鉑電極或鍍鉑的ＦＴＯ導電玻逡逑璃；常見的電解液有固態(tài)、準固態(tài)和液態(tài)電解液等。逡逑ＤＳＳＣｓ中染料敏化劑的作用類似于植物中的葉綠素，起到吸收太陽光產(chǎn)生逡逑電子的作用。ＤＳＳＣｓ的工作原理如圖１．１邋（右）所示：太陽光照射下，附著在Ｔｉ０２逡逑薄膜上的染料分子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)染料分子產(chǎn)生一個電子轉(zhuǎn)變?yōu)檠蹂义匣瘧B(tài)染料分子，同時電子被快速注入到Ｔｉ０２導帶內(nèi)，并到達ＦＴＯ導電玻璃。逡逑氧化態(tài)染料陽離子被電解質(zhì)中的ｒ還原成染料分子，而ｒ被氧化成Ｉｆ，實現(xiàn)逡逑了染料的再生。注入Ｔｉ0２導帶的電子經(jīng)外電路流向鉑對電極，將ｉ３＿還原成ｒ，逡逑這樣就形成了一個完整的電子回路
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM615

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本文編號：2608313