【摘 要】
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本论文设计并合成了两大类敏化染料:一类是卟啉染料,一类是纯有机染料,研究了在卟啉中位上引入不同长度烷氧基碳链后,以及在卟啉的中位和β位上、在三苯胺类有机染料上分别引入不同的附加受体后染料的光学,电化学以及光电性能,得到了不同结构敏化染料对太阳能电池性能的影响认识。（1）设计并合成了三个新型具有D-π-A构型的锌卟啉染料并应用于染料敏化太阳能电池,系统研究了不同疏水性烷氧基链的引入和增长（无,正丁氧
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本论文设计并合成了两大类敏化染料:一类是卟啉染料,一类是纯有机染料,研究了在卟啉中位上引入不同长度烷氧基碳链后,以及在卟啉的中位和β位上、在三苯胺类有机染料上分别引入不同的附加受体后染料的光学,电化学以及光电性能,得到了不同结构敏化染料对太阳能电池性能的影响认识。（1）设计并合成了三个新型具有D-π-A构型的锌卟啉染料并应用于染料敏化太阳能电池,系统研究了不同疏水性烷氧基链的引入和增长（无,正丁氧基,正辛氧基）对卟啉染料的光学性质、电化学性质和以及相应电池光伏性能的影响。结果表明,在卟啉中位的芳环上引入正丁氧基碳链的染料LP-2的敏化太阳能电池获得了较高的光电转化效率6.04%,其开路电压是730 mV,短路电流是11.67mA·cm-2,填充因子为0.71。（2）设计并合成了两个具有D-A-π-A构型的卟啉染料（LP-11和LP-12）,分别在卟啉环和锚定基团之间引入苯并喹喔啉（DPQ）和苯并噻二唑（BTD）,并应用于染料敏化太阳能电池。与LP-11相比,引入吸电子能力更强的附加受体（BTD＞DPQ）具有更红的Q带吸收,更宽的IPCE谱和更好的光捕获效率,从而具有更高短路电流。然而,DPQ的位阻效应有利于抑制染料聚集和提高电子寿命,从而增大电池的开路电压。最终LP-12取得了更好的光电转化效率7.37%,其短路电流是15.51 mA·cm-2,开路电压是674 mV,填充因子是0.7。（3）设计并合成了在β位引入不同吸电子能力的附加受体单元苯并喹喔啉（DPQ）和苯并噻二唑（BTD）的卟啉染料LP-5和LP-6,以及参比卟啉染料（LP-4）,并应用于染料敏化太阳能电池。与LP-4相比,染料LP-5和LP-6在卟啉β位的π-桥上引入缺电子基团降低了最低未占据分子轨道（LUMO）能级,获得了更宽的吸收光谱以及在350-500 nm范围内更好的IPCE光谱,因而具有更好的光捕获能力和更大的短路电流(Jsc)。另一方面,引入附加受体的LP-5和LP-6卟啉容易引起染料聚集,降低了电子寿命,从而降低了开路电压(Voc),然而Jsc的提高弥补了Voc中的降低。LP-6获得了较好的光电转化效率6.14%,Voc为710 mV,Jsc为11.47 mA·cm-2,填充因子为0.74.。（4）设计并合成了三个具有不同辅助受体的β位卟啉染料LP-13（苯并噁二唑（BOD））,LP-14（苯并噻二唑（BTD））和LP-15（苯并硒二唑（BSD））,并应用于染料敏化太阳能电池。增大附加受体的吸电子能力可以降低HOMO和LUMO能级和减少能隙,使吸收光谱红移。与染料LP-13和LP-15相比,LP-14具有相对较高的摩尔消光系数,其电池在350-650 nm处具有更强的IPCE值和较高的Jsc值,并且能有效地抑制电荷的复合从而增大开路电压,最终基于LP-14的DSCs取得了最好的光电性能,其Jsc为12.62 mA·cm-2,,Voc为730 mV,FF为0.68,总的PCE为6.25%。（5）设计合成了三苯胺为电子给体,苯并硒二唑（BSD）为辅助受体,噻吩和苯为π桥,氰基丙烯酸作为锚定基团的新型D-A-π-A构型有机染料（LC-6,LC-7和LC-8）,并应用于染料敏化太阳能电池。研究表明在三苯胺上引入辛氧基碳链能够红移吸收光谱并抑制染料聚集。另外,使用苯代替噻吩作为π桥和使用鹅去氧胆酸（CDCA）作共吸附剂可以有效改善电池的Jsc和Voc。最终使用CDCA的LC-8的DSCs取得了最好的光电性能,其Jsc为13.21 mA·cm-2,Voc为734 mV,FF为0.69,总PCE为6.72%。（6）在苯并三唑（BTZ）基团的苯环上引入另一个缺电子环,得到了三个新的基于BTZ的吸电子杂环单元苯并三唑并三唑（BBT）,苯并三唑并喹喔啉（BTQ）和苯并三唑并噻二唑（BTT）,以三苯胺电子供体,四个苯并三唑及其衍生物作为辅助受体,苯环作为π桥,氰基丙烯酸锚定基团,合成了四个新型D-A-π-A型有机染料敏化剂（LC-2,LC-3,LC-4和LC-5）。与BTZ相比,BBT,BTQ,BBT具有更强的吸电子能力。相应的染料敏化剂LC-3,LC-4和LC-5具有更宽的光谱响应范围,以及显著增强的Jsc值。另外,电化学阻抗分析表明,引入共轭长度更长和平面性更好的基团BBT,BTQ和BTT,其电子寿命和电荷复合电阻降低,引起Voc的降低。最终基于LC-3的DSCs显示出8.56%的最高效率,其短路光电流密度(Jsc)为17.83 mA·cm-2,开路光电压(Voc)为683 mV,填充因子（FF）为0.70。
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