基于三苯胺的新型有机染料的设计、合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

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1、中山大学硕士学位论文基于三苯胺的新型有机染料的设计、合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用姓名：周世鸣申请学位级别：硕士专业：物理化学指导教师：苏成勇20100610摘要论文题目：专业：硕士生：指导教师：基于三苯胺的新型有机染料的设计、合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用物理化学周世鸣苏成勇教授染料敏化太阳能电池(DSSCs)是利用染料分子吸收太阳光来把太阳能转化成电能的一种新型太阳能电池，具有成本低、制作工艺简单、稳定性好等优势，引起了全世界的广泛关注。目前，用于染料敏化太阳能电池的敏化剂主要分

2、为两大类：金属配合物和纯有机染料。它们均有自己的优缺点，与金属配合物比，非金属有机染料具有较高的摩尔吸光系数，价格低廉且环境友好，合成和提纯比较简单，可以较容易地改变分子的结构来改变其光电化学性能，满足不同的需要。因而合成新型的非金属有机染料敏化剂，研究其在DSSCs中的光电化学性能，对于提高DSSCs的光电转化效率具有非常重要的意义。本文设计合成了三种基于三苯胺的新型有机染料，探索了它们在染料敏化太阳能电池中的应用。具体结果如下：1)合成了基于三苯胺的染料敏化太阳能电池染料，测试了该类染料的光

3、物理性质，结果表明，三种染料的最大吸收波长随着三苯胺上的取代基碳链增长而微弱红移，且在最大波长处的摩尔消光系数也是逐渐增大，即C1>C‘>C9。三种染料在不同极性溶液中的最大吸收波长遵循相同的规律：hichl0啪娥h蛳>‰>LOMe。测定了吸附在Ti02膜上的染料的紫外．可见吸收光谱，在Ti02膜上染料的吸收谱有较为明显的拓宽，这将更加有利于染料对太阳光的捕获利用。2)利用Gaussian03对三个染料分子的HOMO轨道和LUMO轨道能级值和电子云分布进行了理论计算。并根据循环伏安曲线和染料的光

4、谱数据，得出三个染料的实验HOMO、LUMO能级值，发现这三个染料十分合适作为DSSCs中山大学硕士学位论文中的光敏染料IHOMO能级值均远远大于I／13’的氧化电位，所以氧化态染料能够有效地被I‘还原为基态，得到重生；LUMO能级值均远远小于Ti02的导带能级值，也就是说，染料受光激发后变成激发态染料后，能够有效地将电子注入Ti02导带中。将实验值与计算模拟得出的理论值对比，发现两者能较好地吻合。3)利用三种染料作为敏化剂制作了染料敏化太阳能电池器件并测试了器件的光伏性能，研究表明，含有甲氧基

5、的染料Cl敏化的DSSCs光电转化效率最低，只有3．5％，而含有己氧基和壬氧基的染料C‘、c，敏化的DSSCs光电转化效率相对较高，均达到5％以上。从染料本身光捕获能力的角度来看，由于染料C6和C9的最大吸收相对染料Cl向长波方向移动，而且前者在最大波长处的摩尔消光系数较大，故前两种染料的光捕获能力要强于前者；从染料的HOMO和LUMO轨道能级值方面考虑，染料C6和C9相对染料Cl，LUMO轨道能级值要小，HOMO轨道能级值要大，这些都更有利于染料在DSSCs中向导带中注入电子和氧化态染料被还原

6、得到再生。另外，由于染料C6和C9具有较长的疏水长链，能够有效少Ti02半导体表面与电解质接触的机率，大大降低了暗电流的产生。这些都是造成后两种染料光电转化效率较高的原因。Ⅱ关键词：染料敏化太阳能电池；光敏染料；纯有机染料TiUe：Major：Name：Supervisor：DesignandSynthesisofTriphenylamine-basedOrganicDyesandThorApplicationsinDye-SensitizedSolarCellsPhysicalChemistr

7、yZhouShimingProfessorSuChcngyongABSTRACTDyesensitizedsolarcells(DSSCs)，whichconvertlighttoelectricitybymeansofharvestingsolarirradiationwithsensitizers，haveattractedconsiderableattentioninscientificresearcharoundtheworldforitshighconvertionefficiency

8、,lowercostandmuchmoresimplepreparation．AsthekeycomponentinDSSCs，sensitizerscallbegroupedintotwobroadareas：metalcomplexesandmetal·freeorganicdyes．Incontrastwithmetalcomplexes，metal—freeorganicdyeshavemanyadvantages，suchashi【ghmolarextinctioncoefficien