【摘要】：近年來(lái),作為染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)中的重要組成部分—敏化染料,尤其是有機(jī)敏化染料,由于其摩爾消光系數(shù)高,合成和純化簡(jiǎn)單,成本低和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。怎樣提高DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率、穩(wěn)定性和平面性是目前研究DSSCs的重要問(wèn)題。本文針對(duì)基于平面性優(yōu)化的新型D-A-π-A純有機(jī)敏化染料,深入研究了平面性對(duì)染料各項(xiàng)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(guān)鍵性質(zhì),有機(jī)染料的能級(jí)結(jié)構(gòu)直接影響了其應(yīng)用性能。但是,目前對(duì)染料能級(jí)結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究據(jù)表現(xiàn)出較差的可控性和選擇性。因此,我們通過(guò)調(diào)控共軛橋鏈的平面性,設(shè)計(jì)了兩種基于D-A-π-A結(jié)構(gòu)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(jí)下移,而其HOMO能級(jí)幾乎不變,達(dá)到了染料能級(jí)選擇性調(diào)控的目的。2、香豆素和額外受體在D-A-π-A結(jié)構(gòu)中的直接連接將導(dǎo)致這兩個(gè)平面之間的二面角增大,從而影響分子內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程。本章,通過(guò)香豆素和額外受體之間另外的π-橋,已經(jīng)設(shè)計(jì)了基于D-π-A-π-A結(jié)構(gòu)的兩種新型香豆素敏化染料CS-1和CS-2。通過(guò)這種改進(jìn),可以有效地改善供體-額外受體部分的平面性,從而使ICT過(guò)程更平滑,能量損失更少。隨著分子的平面化,染料的能級(jí)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(guò)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(jīng)過(guò)1000小時(shí)老化試驗(yàn)PCE值下降僅約3.5%。我們的研究結(jié)果表明,對(duì)特定分子結(jié)構(gòu)的平面性進(jìn)行調(diào)整顯然是選擇性地優(yōu)化敏化染料的能級(jí)和光伏性能的更優(yōu)選方案,為今后開發(fā)高效的有機(jī)敏化染料提供了有力的策略。
【圖文】：

結(jié)果與討論 基于 D-A-π-A 結(jié)構(gòu)的新型喹喔啉染料的物化性能研究眾所周知，羧酸根基團(tuán)的反對(duì)稱（Vas（COO-））和對(duì)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(jié)合方式因此，為了弄清楚兩種染料與 TiO2表面之間的界面結(jié)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(nèi)將四個(gè)光譜合并在一個(gè)圖中進(jìn)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(shí)驗(yàn)值。 計(jì)算的二面角也被標(biāo)記上了。2.3.3 基于 D-A-π-A 結(jié)構(gòu)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(zhì)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(xué)位授予單位】：河北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ610.1;TM914.4

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本文編號(hào)：2613474