【摘要】：由于純有機敏化劑具有高摩爾消光系數(shù)、低成本、易降解、低毒性以及結構性能易于調控等優(yōu)點,因此受到研究人員的廣泛關注。在有機敏化劑中,能級是影響染料光伏性能的重要因素之一。目前針對能級的優(yōu)化研究仍然有一定的局限性:傳統(tǒng)上改變官能團或者分子共軛結構的手段調控HOMO能級使其上升的同時,也會使LUMO能級上升。因此,為了進一步挖掘有機染料的性能潛力,亟待開發(fā)一種具有優(yōu)良選擇性的能級調控手段。本文通過合成具有較好平面性的吲哚啉給體,進而設計并合成了四個D-A-π-A型有機染料CS-31-CS-34,并對其光化學、電化學以及光伏性能進行了詳細研究。第一章綜述了染料敏化劑的分類和特點,介紹了近十幾年來通過多類型給體和改變鏈長來調節(jié)染料敏化太陽能電池性能的有機敏化劑的研究進展。第二章以吲哚啉基團為給體,苯并噻二唑為輔助受體,苯環(huán)為π橋,羧基為受體,合成了具有不同平面性的兩個D-A-π-A型有機染料。通過格氏反應、取代反應等改變了吲哚啉給體中苯環(huán)與母體的二面角,進而調整了給體的平面性。通過~1H NMR和~(13)C NMR表征了染料CS-31和CS-32的結構,并對其進行了光物理、電化學、以及光伏性能的研究。第三章在CS-32的基礎上引入長碳鏈,合成了染料CS-33和CS-34,以調整染料在TiO_2電極上的聚集狀態(tài)。通過~1H NMR和~(13)C NMR表征了染料敏化劑CS-33和CS-34的結構,并對其進行了光物理、電化學、以及初步光伏性能的研究。第四章結論。
【學位授予單位】：河北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4;TQ613
【圖文】：

圖 1.2.1 以吲哚啉為給體單元的部分 DSSCs 染料敏化劑1.2.2 以卟啉為給體單元的 DSSCs 染料敏化劑卟啉分子具有高π共軛體系、特殊的物理化學性質、強烈的光吸收和易修飾性的分結構而被認為是良好給體的選擇。與 Ru 配合物相比，簡單的四苯基卟啉基染料由于捕光能力不夠，對 DSSCs 的功率轉換效率較低。吸附在 TiO2上的染料的受體基團和代基的位阻在調節(jié)電池效率上也起著重要作用48-51。因此，使卟啉周圍附著大量給電基團和各種類型的輔助受體，可以減少染料的聚集，增強捕光能力52-57,49。長的正烷基鏈包裹在卟啉環(huán)周圍，也能有效地減少了染料分子的聚集，同時延緩電荷復合的過58。強電子給體附著在卟啉核上，增強了可見光區(qū)的捕光能力59。自從開發(fā) D-π-A 結的卟啉染料以來，迄今為止報道了許多具有不同給體基團的 D-A 型卟啉敏化劑60-62。Kamal Prakash63等人研究了四種卟啉染料，染料的功率轉換效率很廣，順序為P-Zn-PTZ (5.48%) KP-Zn-PYR (3.38%) KP-Zn-CBZ (2.64%) KP-Zn-BTP (1.71%)。

和發(fā)射譜帶均變寬，紅移。卟啉染料與 N 719 染料的共敏化，抑制了染料的聚集，提高了電池的性能。人在染料 XW 11 的基礎上引入了烷基鏈能有效地抑制染料聚6 XW 28 的光電壓分別為 700 mV、701 mV 和 711 mV，明而優(yōu)化后的 XW 26(5.19%)和 XW 27(6.42%)結構出現(xiàn)嚴重畸之間存在較大的二面角，分別為 57.2°和 44.0°。由于苯并噻/烷氧基鏈之間的空間位阻作用，使吸收藍移，降低了光電流 26 具有更多的藍移吸收光譜，表明烷基/烷氧基鏈的空間位XW 28 僅含有一條與乙炔基相鄰的烷基鏈，與苯甲酸不存在XW 11 相比，分子畸變不嚴重，它的吸收光譜和光電流與 XW

的高能量損失。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，在老化測試 1000 h 后，PCE僅下降了 3.5%左右，說明引入額外的π橋不會影響染料的光穩(wěn)定性，CS-2 敏化 DSSCs的 PCE 值為 8.03%，JSC為 16.38 mAcm-2，Voc 為 694 mV，F(xiàn)F 為 0.707。當然以三苯胺為給體的的染料敏化劑具有熱穩(wěn)定性、柔韌性和易于結構調控而被選擇68。在標準 AM 1.5 G 太陽光條件下，WD-2 敏化電池的 Jsc=6.4 mAcm 2，Voc=600 mV，F(xiàn)F=0.8，IPCE 為 3.1%。在相同條件下，WD-3 敏化電池的 JSC=4.7 mAcm 2，Voc=570 mV，F(xiàn)F=0.78，IPCE 為 2.1%。數(shù)據(jù)結果表明，吩噻嗪的引入，使電子給體部分和受體部分在基態(tài)下的平面性降低。在三苯胺上增加輔助受體近幾年也有相關報道，比如 Chen69課題組以吩噻嗪為供體通過改變輔助受體來調控染料分子的光伏性能,其功率轉換效率(PCE)分別為 ZHG5(5.64%)＞ZHG 6(5.32%)＞ZHG 7(2.74%)，通過紫外吸收表明，隨著輔助供體空間位阻的減小，摩爾消光系數(shù)增加。

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