基于三苯胺的新型有機(jī)p型光敏染料分子的設(shè)計(jì)、合成及其在NiO太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽能電池（DSSCs）作為新型太陽能電池的重要研究方向之一，由于成本低廉，制作工藝簡單，熱穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是傳統(tǒng)硅基太陽能電池的理想替代者，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。目前，科學(xué)家們對n型DSSCs的研究相對成熟，單一的n型DSSCs光電轉(zhuǎn)化效率已達(dá)13％，但仍低于其30%的理論效率。pn疊層DSSCs在理論上能夠突破n型DSSCs的轉(zhuǎn)換效率極限，其高達(dá)43%的理論值為提升電池的效率提供了更大的空間。然而目前pn疊層電池的

2、最佳效率只有2.42%，制約因素是p型DSSCs的光伏性能較差，大多數(shù)p型DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)低于1%。所以很有必要加強(qiáng)對p型DSSCs的相關(guān)研究。本論文主要介紹染料敏化太陽能電池中 p型染料分子的設(shè)計(jì)合成及其結(jié)構(gòu)與電池光伏性能的關(guān)系，具體研究內(nèi)容如下：
　?。?）設(shè)計(jì)并合成了三個(gè)基于三苯胺的“D-A-A”型的p型染料分子，在給體和受體單元之間首次引入吸電子單元2,1,3-苯并噻二唑（BT），當(dāng)以丙二腈、氰基乙酸酯和巴比妥酸

3、作受體時(shí)分別對應(yīng)化合物 W1、W2和 W3。我們研究了三個(gè)染料分子的吸收光譜和電化學(xué)性能，系統(tǒng)的測試了其器件的IPCE曲線，J-V曲線和電化學(xué)阻抗，并討論染料分子的結(jié)構(gòu)對光伏性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，末端以氰基乙酸正辛酯作受體的W2表現(xiàn)出最優(yōu)的光電性能，其短路電流為4.16 mA/cm2，開路電壓為0.121V，光電轉(zhuǎn)換效率為0.166%。
　?。?）設(shè)計(jì)合成了三個(gè)基于三苯胺的p型近紅外染料分子，當(dāng)以強(qiáng)吸電子基團(tuán)吡咯并吡咯二酮（D

4、PP），異靛（ID）及 DPP衍生物作受體時(shí)分別對應(yīng)化合物1，2和3。我們對三個(gè)染料分子的吸收光譜，電化學(xué)性能及器件的光伏性能進(jìn)行了測試，探討了分子的結(jié)構(gòu)對器件光伏性能的影響。在三個(gè) p型染料分子中，我們發(fā)現(xiàn)含有DPP單元的染料分子1和3比含ID單元的2有更寬的吸收范圍和更高的摩爾吸光系數(shù)。其中1的光電轉(zhuǎn)換效率最高，達(dá)到0.085%，其短路電流為2.25 mA/cm2，開路電壓為0.117 V。
　?。?）為了提高p型染料敏化太陽

5、能電池對近紅外波段太陽光的利用，我們設(shè)計(jì)合成了四個(gè)基于三苯胺的“D-A-A”型的近紅外染料分子，并對四個(gè)分子的紫外吸收，電化學(xué)和J-V曲線分別進(jìn)行了測試。結(jié)果顯示，四個(gè)染料分子都具有較寬的吸收和較高的摩爾吸收系數(shù)。但由于這些染料具有較大的分子結(jié)構(gòu)和偏高的HOMO能級，影響到了分子的溶解性和器件的開路電壓，導(dǎo)致電池的光電效率整體偏低。其中末端連接苯環(huán)和二氰基乙烯基的L1表現(xiàn)出相對匹配的分子能級，其光電轉(zhuǎn)換效率也最高，為0.050%，對應(yīng)的