【摘要】：近年來,作為染料敏化太陽能電池(DSSCs)中的重要組成部分—敏化染料,尤其是有機敏化染料,由于其摩爾消光系數(shù)高,合成和純化簡單,成本低和環(huán)境友好等優(yōu)點而備受關注。怎樣提高DSSCs的光電轉化效率、穩(wěn)定性和平面性是目前研究DSSCs的重要問題。本文針對基于平面性優(yōu)化的新型D-A-π-A純有機敏化染料,深入研究了平面性對染料各項性能的影響:1、作為影響各類型電池器件界面間電子傳輸?shù)年P鍵性質,有機染料的能級結構直接影響了其應用性能。但是,目前對染料能級結構的調控研究據表現(xiàn)出較差的可控性和選擇性。因此,我們通過調控共軛橋鏈的平面性,設計了兩種基于D-A-π-A結構的新型喹喔啉敏化染料CS-9和CS-10。隨著分子的這種規(guī)定的平面化,能夠選擇性地使染料的LUMO能級下移,而其HOMO能級幾乎不變,達到了染料能級選擇性調控的目的。2、香豆素和額外受體在D-A-π-A結構中的直接連接將導致這兩個平面之間的二面角增大,從而影響分子內的電荷轉移過程。本章,通過香豆素和額外受體之間另外的π-橋,已經設計了基于D-π-A-π-A結構的兩種新型香豆素敏化染料CS-1和CS-2。通過這種改進,可以有效地改善供體-額外受體部分的平面性,從而使ICT過程更平滑,能量損失更少。隨著分子的平面化,染料的能級也得到了有效的優(yōu)化。此外,即使引入額外的π-橋,染料仍然保持了優(yōu)異的光穩(wěn)定性。因此,通過CS-2敏化的DSSC獲得了較高記錄的PCE值8.03%,J_(SC)為16.38mA cm~(-2),V_(OC)為694mV,ff為0.707,而經過1000小時老化試驗PCE值下降僅約3.5%。我們的研究結果表明,對特定分子結構的平面性進行調整顯然是選擇性地優(yōu)化敏化染料的能級和光伏性能的更優(yōu)選方案,為今后開發(fā)高效的有機敏化染料提供了有力的策略。
【圖文】：

結果與討論 基于 D-A-π-A 結構的新型喹喔啉染料的物化性能研究眾所周知，羧酸根基團的反對稱（Vas（COO-））和對稱（Vs（COO-））伸式之間的能量差（△Vas-s）可用于確定染料與 TiO2表面之間的界面結合方式因此，為了弄清楚兩種染料與 TiO2表面之間的界面結合方式，研究了自由分子和染料敏化 TiO2粉末的 FT-IR 光譜（傅里葉紅外光譜）。最有趣的是從 1000 到 2000cm-1范圍內將四個光譜合并在一個圖中進行比較。

圖 2-4：使用 DMF 作為溶劑的 CS-9 和 CS-10 的地面單重態(tài)和首次平衡激發(fā)單重態(tài)所優(yōu)化的幾何形狀，以及它們的 HOMO 和 LUMO 與它們的實驗值。 計算的二面角也被標記上了。2.3.3 基于 D-A-π-A 結構的新型喹喔啉染料的光伏性能研究表 2-3 基于 CS-9 和 CS-10a的 DSSC 的光伏性能JSC/mA cm-2JInt/mA cm-2 bVOC/ mVff η/ %CS-9 10.58 9.93 651 0.645 4.43CS-10 4.89 4.34 665 0.665 2.16a電解質使用的是 0.6M 的 1-丁基-3-甲基咪唑碘化物，0.10M 的 LiI，，0.05M 的 I2
【學位授予單位】：河北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ610.1;TM914.4

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本文編號：2613474