d-π-a型二硫富瓦烯敏化剂的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文D-π-A型二硫富瓦烯敏化剂的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用摘要在染料敏化太阳能电池(DSSCs)中，敏化剂起着捕获太阳光转换为电子的作用，而有机敏化剂在染料敏化太阳能电池研究中具有很大的应用价值。其中，二硫富瓦烯作为电子给体(D)，可以和电子受体(A)通过共轭桥(π)构建具有D-π-A型结构的二硫富瓦烯敏化剂，该敏化剂体系分子合成简单且分子空间位阻较小。以氰乙酸作为拉电子基团和吸附基团制备的二硫富瓦烯基染料敏化太阳能电池，取得了大于800mV的开路电压及8.29%的电池效率，展示了D-π-A

2、型二硫富瓦烯敏化剂用于制备高效DSSCs的潜在价值。在发展高效D-π-A型二硫富瓦烯敏化剂的同时，对二硫富瓦烯敏化剂在二氧化钛表面的吸附模式进行研究，探索具有新受体结构的二硫富瓦烯敏化剂在DSSCs中的应用，成为该体系在DSSCs研究领域中的重要课题。本论文中，我们以含正己基取代的二硫富瓦烯作为电子给体，设计合成了一系列D-π-A型二硫富瓦烯敏化剂。随后系统研究了这类敏化剂的光光电化学性能，以及在DSSCs中的应用。主要开展了以下几方面的研究工作：1.合成了二硫富瓦烯为电子给体、氰乙酸为电子受体和吸附基团、“苯环-3,4-乙烯二

3、氧噻吩(EDOT)-苯环”单元为π-共轭桥结构的二硫富瓦烯敏I太原理工大学硕士研究生学位论文化剂分子DTF-C4。研究了染料在二氧化钛表面吸附过程中形成不同聚集态对电池性能的影响。实验结果表明通过不良溶剂淋洗吸附了染料的二氧化钛光阳极，可以有效形成DTF-C4的J-聚集体。与通过共吸附脱氧鹅胆酸破坏J-聚集体相比，这种J-聚集体为主的吸附模式可使电池开路电压提高至850mV，光电转换效率提高至7.48%。2.合成了一系列二硫富瓦烯为电子给体、吡啶环为电子受体和吸附基团、π共轭桥不同的D-π-A型二硫富瓦烯敏化剂h-DTF-Py1

4、，h-DTF-Py2，h-DTF-Py3和h-DTF-Py4。研究结果表明，延长共轭结构，调整共轭桥中噻吩和苯单元的结构顺序，可有效提高敏化剂的光捕获能力和电池性能。其中，h-DTF-Py4的光捕获性能最好，吸附在TiO2表面时吸收波长红移至600nm。基于h-DTF-Py4的DSSCs电池器件，开路电压为636mV、短路电流为8.02mAcm-2，填充因子FF为0.54，光电转换效率为2.68%。关键词二硫富瓦烯敏化剂，D-π-A，吸附模式，开路电压，受体II太原理工大学硕士研究生学位论文SYNTHSISANDAPPLICAT

5、IONOFD-π-ATYPEDITHIAFULVENESENSITIZERSINDYE-SENSITIZEDSOLARCELLSABSTRACTInthedye-sensitizedsolarcells(DSSCs),thesensitizerplaysakeyroleinharvestingsunlighttoexciteelectronsandsubsequentlyinjectthemintotheconductionbandofatransparentsemiconductornetworkforcollection.R

6、ecently,organicsensitizershaveshowngreatapplicationintheDSSCs.Dithiafulvenylaselectrondonor(D),linkedelectronacceptor(A)viaπconjugatedbridgestoaffordD-π-Atypedithiafulvenesensitizershavedrawntheresearchattention,duetothesimplesynthesisprocesses,aswellaslowmolecularsp

7、acesterichindrance.DSSCsbasedondithiafulvenesensitizerswithcyanoaceticacidastheAunitandanchoringgrouphavereachedapowerconversionefficiencyof8.29%,andaopencircuitvoltageover800mV.TofurtherimprovetheperformanceofdithiafulvenesensitizersbasedDSSCs,issuesthatincludethein

8、vestigationofthesensitizerpackingmotifsonthesurfaceofTiO2andexploringnovelacceptorbaseddithiafulvenesensitizershavebeenchallengesin