染料敏化太陽能電池(DSSCs)是未來的能源供應高效且易于實現(xiàn)的新技術。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換效率。在較低的光強下也表現(xiàn)出更好的性能。這讓敏化太陽能電池成為未來廣泛應用于室內環(huán)境的最佳選擇。到目前為止,這些優(yōu)勢吸引了相當多的研究力量。對于有機敏化劑而言,π-共軛橋對供體和受體之間的電子傳輸有很大的影響。據(jù)報道,含氮吡咯噻吩環(huán)的π-共軛橋在提高有機敏化太陽能電池的光伏性能中有非常積極的影響。本文設計合成了三個以氮吡咯噻吩(DTP)基團為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。三苯胺基團作為染料敏化劑中常用的高效電子供應基團因其不僅易合成,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合,三苯胺的端位引入了分子量大的烷基鏈。一個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。通過這樣的結構設計來考察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性能的影響。根據(jù)理論計算結果,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%的最好光電轉換效率。DTP間隔上不同的二級基團可以切實的影響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,合適的能級關系更有利于電子注入和染料再生。IMVS結果表明,引入經(jīng)過修飾的DTP基π-橋的這三種染料可以抑制TiO_2導帶上的電子復合。因此,基于DTP基團的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。
【學位單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ610.1;TM914.4
【部分圖文】：

染料敏化太陽能電池的結構示意圖

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