染料敏化太阳能电池材料的设计合成与性能研究

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染料敏化太阳能电池有高光电转化效率和低成本的特点,成为目前研究的重点和热点,代表了今后染料的发展方向。目前,有机染料在设计上大多数是一端接上具有推电子能力的取代基(如:含N、O的官能基)做为给体,而在另一端接上具有拉电子能力的取代基(如CN加上敏化剂所需具有的羧酸根)作为受体,在给体与受体中间置入可以传运电子的共轭体系,形成给体-共轭体系-受体的结构。本文主要针对染料敏化太阳能电池的原理、结构进行了简要介绍,概述其研究现状、发展趋势,并设计合成了十二种新型染料。利用核磁共振氢谱和碳谱进行结构表征,并利用紫外可见吸收光谱、荧光光谱、循环伏安法等研究染料的光物理性质和电化学性质。主要内容如下:  1、首先合成设计了以四苯基硅作为电子给体,绕丹宁-3-乙酸基或者氰基乙酸基作为电子受体,且3-己基噻吩个数逐渐增加的六种新型染料。紫外可见吸收光谱测得TPS1,TPS2,TPS3,TPS4,TPS5,TPS6最大吸收峰分别为439 nm,472 nm,449 nm,482 nm,452 nm,484 nm。由实验数据可知其具有宽吸收光谱,且覆盖了整个可见光区。材料的电化学能带隙和光学能带隙测试的结果比较接近。3-己基噻吩个数的增多会使染料敏化剂材料的紫外可见吸收光谱发生红移。  2、其次,设计合成了以三苯胺作为电子给体,绕丹宁-3-乙酸基或者氰基乙酸基作为电子受体,分别以苯并二噻吩,二噻吩并吡啶和二噻吩并吡咯作为桥键的六种染料。紫外可见吸收光谱测得TPD1,TPD2,TPD3,TPD4,TPD5,TPD6最大吸收峰分别为430 nm,464 nm,470 nm,513 nm,510 nm,576 nm。由实验数据可知其具有宽吸收光谱,且覆盖了整个可见光区。材料的电化学能带隙和光学能带隙的测试结果接近。  3、本文所合成的化合物都在可见光区尤其是400-550 nm范围内具有很强的吸收,表明了其良好的光捕获能力。通过对染料的电化学性能测试,染料的基态和激发态氧化还原电位同时都符合染料激发态电子注入TiO2导带和染料还原再生的要求。
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