基于钴基电解质三聚茚基光敏染料的研究

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1、ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’SDegreeStudiesofTruxene··BasedOrganicDyesforCobaltRedoxShuttleByZongXuepingSupervisorProfessorXueSongMarch，2013独创性声明JlllIJliiiIJJlIJJlliJHlllIJJJliJljlllIJJY2274384本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作

2、和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗墨墨盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：霖辫签字日期：少侈年3月铲日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解墨盗墨墨盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨盗堡墨盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅

3、和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：家轩签字日期：2J／弓年弓月中日鸯弓矛年嘶一名期师．孕导签摘要自从O’Regan和Gratzel报道了有机染料敏化太阳能电池(DSSC)之后，DSSC由于自身优点：低成本和大规模应用的高潜力，受到越来越多的学者的关注。到目前为止，基于碘基电解质的钌基染料敏化DSSC，其光电转换效率达到11．4％。但是，碘基电解质自身存在的缺陷制约了DSSC光电转换效率的进一步提高，钴基电解质的使

4、用为DSSC光电转换效率的进一步提高带来了新的机遇。目前，基于钴基电解质的有机光敏染料的研究报道很少，并且研究发现仅仅将碘基电解质换为钴基电解质，电池性能并未明显提高。鉴于此，本项目拟设计合成新型有机染料，着力提高其光捕获能力和抑制电子复合能力，使之能适用于钴基电解质。本课题按照这样的思路设计，经过Stille偶联反应，Vilsmeier-Haack反应，Wittig反应以及Knoevenagel缩合等反应，合成了六种均以三聚茚修饰的三芳胺为供电基团，氰基乙酸为电子受体，以环氧噻吩(EDOT)，环

5、氧噻吩一苯基，环氧噻吩一融噻吩为共轭桥的新型有机染料M14．19，并对染料及其中间体进行结构表征。测试了所合成的染料在碘基电解质和钴基电解质的光伏性能。研究发现，(1)制备的染料敏化太阳能电池，钴基电解质的开路电压均比碘基电解质高50mV以上，主要是因为钴基电解质可以降低激发电子与电解质在染料表面的电子复合概率。(2)电解质与染料分子间存在一定的构效关系，不同结构的染料分子在不同电解质中的性能表现不同，在钴基电解质中，具有双电子受体的染料M19的开路电压高于单电子受体的染料M14，含环氧噻吩一融噻

6、吩共轭桥的M16的开路电压高于含环氧噻吩一苯基的共轭桥M15；而在碘基电解质中，电池的开路电压M14大于M19，M15大于M16。说明在染料分子中引入融噻吩基团或双电子受体结构有利于优化钴基电解质性能，只有电解质和染料分子协调配合才能达到最佳的DSSC光伏性能。(3)Ti02薄膜厚度对电解质的质量传输有一定的影响，使用5．5“m的Ti02薄膜可以有效地减少钴基电解质的质量传输损失，有利于提高电池光电转换效率。基于钴基电解质测试，M14敏化DSSC的开路电压Voc为830mV，短路电流Jsc为12．

7、0mAClll-2，填充因子FF为0．72，光电转换效率达到7．2％；M16的Voc为830mV，Jsc为11．9mAcnl～，用7为0．70，光电转换效率为6．9％。关键词：钴基电解质三聚茚基染料光伏性能光电转换效率染料敏化太阳能电池AbstractRecentlydye．sensitizedsolarcells(DSSC)havereceivedgreatattentionbecauseoftheirlowcostandgreatpotentialinlarge-scaleapplicatio

8、nssincebeingreportedbyO’ReganandGratzel．Todate，theruthenium．baseddyestogetherusinganiodineelectrolyteredoxcouplesystemhaveaffordedthebestpowerconversionefficiencyof11．4％．However,theiodineelectrolyteredoxcouplesystemhasitsowndisadvantages，which