【摘 要】
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染料敏化太阳能电池（DSSC）易于制造,生产成本低,有相对较高的光伏效率和良好的稳定性,成为一种发展前景好的可大规模生产的电池。在DSSC中,敏化剂起着光捕获的作用,是电池的重要组成部分。各种敏化剂中,卟啉敏化剂具有出色的全色光收集能力,结构易于修饰,光电性能优异等特点,受到了研究人员的广泛关注。首先,我们设计并合成了三种含不同数量氟原子的锌卟啉ZnFi（i=1-3）,通过核磁、质谱、紫外-可见吸
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染料敏化太阳能电池（DSSC）易于制造,生产成本低,有相对较高的光伏效率和良好的稳定性,成为一种发展前景好的可大规模生产的电池。在DSSC中,敏化剂起着光捕获的作用,是电池的重要组成部分。各种敏化剂中,卟啉敏化剂具有出色的全色光收集能力,结构易于修饰,光电性能优异等特点,受到了研究人员的广泛关注。首先,我们设计并合成了三种含不同数量氟原子的锌卟啉ZnFi（i=1-3）,通过核磁、质谱、紫外-可见吸收光谱等方式进行了表征。用密度泛函理论计算染料的稳定基态几何构型、前线分子轨道,深入了解染料的电子激发和注入过程。将染料制作成染料敏化太阳能电池器件,测试其光电性能、电化学阻抗谱。我们还将三种卟啉染料和鹅去氧胆酸（CDCA）共敏化应用于DSSC,研究光电性能的变化。之后,我们又设计合成了三种含钌配合物的锌卟啉JPx（x=1-3）,通过质谱、紫外-可见吸收光谱等方式进行了表征。将JPx（x=1-3）分别与ZnPA或ZnH1共敏化应用于染料敏化太阳能电池,并且采用了不同比例,进行了光电性能和电化学阻抗的测试,来探究哪种比例下共敏化电池性能最佳。实验结果表明,在三种含不同数量氟原子的锌卟啉ZnFi（i=1-3）中,含氟原子少的卟啉Zn F1表现出更好的电池性能。将卟啉染料ZnFi（i=1-3）和CDCA共敏化后,电池的光电转换效率都得到了提高,基于ZnF1+CDCA的电池显示出最大效率2.71%,短路电流密度为5.17 m A·cm-2,开路电压为0.651 V,填充因子为80.41。基于JP1+ZnPA、JP2+ZnPA和JP3+ZnH1的三组共敏化电池的光电性能研究结果表明,共敏化后电池性能优于单个染料敏化的电池,这是因为两种染料共同吸附在TiO2表面可以抑制电荷在TiO2表面的复合,并且加快了电子传导,使电池的开路电压和短路电流密度都得到提高。三组共敏化电池都是在比例为0.05:0.15时效率最高,分别达到了3.39%、3.57%和2.94%。以上结果说明了染料共敏化是提高电池光电性能的有效策略。
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