染料敏化太陽能電池(DSSCs)是未來的能源供應(yīng)高效且易于實(shí)現(xiàn)的新技術(shù)。與傳統(tǒng)的硅太陽電池相比,它以較低的材料和制造成本提供了可觀的光電轉(zhuǎn)換效率。在較低的光強(qiáng)下也表現(xiàn)出更好的性能。這讓敏化太陽能電池成為未來廣泛應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境的最佳選擇。到目前為止,這些優(yōu)勢吸引了相當(dāng)多的研究力量。對于有機(jī)敏化劑而言,π-共軛橋?qū)w和受體之間的電子傳輸有很大的影響。據(jù)報(bào)道,含氮吡咯噻吩環(huán)的π-共軛橋在提高有機(jī)敏化太陽能電池的光伏性能中有非常積極的影響。本文設(shè)計(jì)合成了三個(gè)以氮吡咯噻吩(DTP)基團(tuán)為π-橋的高效染料敏化劑。DTP單元的氮取代位上分別引入10-苯基-10氫-吩噻嗪(JW1)、5,5,10,10,15,15-hexapropyl-10,15-dihydro-5Hdiindeno[1,2-a:10,20-c]fluorene(JW2)和4-甲氧基苯(JW3)作為二級單元。三苯胺基團(tuán)作為染料敏化劑中常用的高效電子供應(yīng)基團(tuán)因其不僅易合成,而且易修飾,被用作電子給體。為了有效的抑制染料聚集以及減少電子復(fù)合,三苯胺的端位引入了分子量大的烷基鏈。一個(gè)額外的雙鍵也被引入苯胺供體和DTP基的π-橋之間。烯烴的插入增強(qiáng)了π重疊,從而使染料吸收光譜紅移并拓寬了光譜吸收范圍。通過這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來考察π-橋上修飾不同的二級單元對D-π-A型染料電池光電性能、光物理性能以及光化學(xué)性能的影響。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果,所有的染料分子具有良好的電子傳輸性能。利用J-V我們研究了由染料JW1、JW2和JW3制作的太陽能電池的光電性能。JW1-3在Co-phen中的電池效率分別為7.09%、7.87%、6.50%。其中JW2電池的短路電流16.45mA、開路電壓784 mV、填充因子0.61,表現(xiàn)出7.87%的最好光電轉(zhuǎn)換效率。DTP間隔上不同的二級基團(tuán)可以切實(shí)的影響HOMO-LUMO之間的能隙。相比于染料JW3,JW1和JW2在DTP間隔上引入苯基吩噻嗪單元和丙基三聚茚單元后染料表現(xiàn)出更匹配的能級,合適的能級關(guān)系更有利于電子注入和染料再生。IMVS結(jié)果表明,引入經(jīng)過修飾的DTP基π-橋的這三種染料可以抑制TiO_2導(dǎo)帶上的電子復(fù)合。因此,基于DTP基團(tuán)的π-橋,在新染料和高效染料敏化太陽能電池的開發(fā)中是一種很有前途的積木。
【學(xué)位單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ610.1;TM914.4
【部分圖文】：

染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖

I-/I3-作為氧化還原電對的DSSCs工作原理示意圖

DSSCs的電流-電壓（J-V）曲線
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本文編號：2888575