基于芘有机染料设计合成及其敏化太阳能电池性能的研究

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1、中文摘要与传统的无机半导体太阳能电池相比，染料敏化太阳电池对材料和工艺的要求低，成本低廉，光电转化效率高(目前最高已达到1396)，因而作为新一代太阳能电池受到人们广泛的关注。典型的染料敏化太阳能电池是一种三明治结构，主要包括：负载在导电玻璃上染料敏化的纳米多孔二氧化钛光阳极，氧化／还原电解质(常用：碘／碘化钾)，和铂对电极。有机太阳能电池主要包括异质结聚合物太阳能电池(Polymerheterojunctionsolarcells)和染料敏化太阳能电池(Dye．sensitizedsolarcells，简称DSSC)。自从Gratzel在1991年提出DSSC之后，引

2、发了全球科研工作者们积极的研发热潮，不断发展的成就使得获得低成本和环境友好的高效有机太阳能电池不再是遥不可及的梦想。而作为捕获太阳光子的染料敏化剂则是DSSC最核心的组分，能否设计和合成出一种光电性能好的有机染料是做出较高光电转换效率的电池的必要前提。本论文基于芘桥基，设计一系列电子给体一桥基一电子受体型有机染料，并对它们的光电化学性质加以研究。主要工作内容如下：1、第一章主要介绍了染料敏化太阳能电池发展的背景、现状及未来趋势，概述了染料敏化太阳能电池的发展历程，详细介绍了电池的机理等内容。2、以不同的二芳胺为给体，芘环为共轭桥基，氰基乙酸为吸电子基团，合成了三个系列的

3、基于芘的1，6位给受体的Eh卜A型有机染料，光电转换效率分别为5．3％、6．1％、5．0％。通过对其电池性能的测试结果表明，给电子基团采用叔丁基二苯胺为最优结构，总光电转换效率达6．1％。3、以二苯胺为给体，分别以联苯、芘、4，5，9，10．四氢芘为共轭基团，氰基乙酸为吸电子基团，合成了三个系列基于2，7位为给受体的有机染料，效率分别为4．3％，4．1％和5．6％。性能测试结果表明，基于共轭度大的芘的2，7位取代的有机染料C．2的光电转换效率并没有达到理想的效果，甚至低于用联苯作桥基的C．1。而基于四氢芘的染料总的光电转换效率达到5．6％，高于芘的4．1％。这表明，芘环

4、在2，7位取代给受体形成了一个中心轴，造成了平面中的节点，影响了芘环上的电子传递性能，从而导致基于芘的有机染料的敏化太阳能电池的光电转换效率降低。4、分别以吡咯烷、双四叔丁基二苯胺为给体，芘为桥基，氰基乙酸为受体合成两个l，3，7位取代给受体的基于芘的Y型染料，通过增强给电子能力的设计希望获得效率更高的染料。但是由于时间问题，这部分工作尚未完成。关键词：有机染料、染料敏化太阳能电池、芘、二苯胺AbstractDye-sensitizedsolarcells(DSCs)，asanewgenerationofsolarcells，haveattractedsignifica

5、ntattentionsduetotheirlowcost，simpleprocessandhighphotoelectricconversionefficiency，comparedwithtraditionalinorganicsemiconductorsolarcells．AtypicalDSCisakindofsandwichstructure，mainlyincludes：dyesensitizednano—poroustitaniumdioxidefilmonaconductiveglasssubstrate，allorganicliquidelectrol

6、ytecontainingaredoxcouplemediator(commonly，iodide／triiodide)，andtheplatinumcounterelectrode．Thedye，employedassensitizertoharvestsolarlightinthedevice，playsanimportantroleinDSSCs．Wedesignedandsynthesizedaseriesofelectrondonor-gbridge—electronacceptor睁A)typeorganicdyes，wherepyreneWasusedas

7、abridgetocollectthedonorandacceptorinthedyes．Theirphotophysicalandelectrochemicalpropertieswereinvestigated．Maincontentsareasfollows：1、Thefirstchaptermainlyintroducedthebackground，presentsituationandfuturetrendofthedye-sensitisedsolarcells，andoutlinedtheirdevelopment．Them