三苯胺、氮雜蒽類D-π-A型有機(jī)染料的合成與光伏性能.pdf

1、本文以開(kāi)發(fā)高效、穩(wěn)定的染料敏化太陽(yáng)能電池為目標(biāo)，選取染料敏化太陽(yáng)電池中的核心組件——染料為研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)了幾種新型有機(jī)D-π-A型小分子與聚合物染料，通過(guò)光電物理化學(xué)表征技術(shù)，分析染料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系和變化規(guī)律。研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)合成了四種基于吩噁嗪?jiǎn)卧?POZ)的有機(jī)染料，通過(guò)在模板染料POZ-2的7號(hào)位引入N-苯基吩噻嗪，N-苯基吩噁嗪和三苯胺三個(gè)給電子基團(tuán)，得到染料分子POZ-3，POZ-4，POZ-5。通過(guò)理

2、論計(jì)算和電化學(xué)分析四個(gè)染料分子的結(jié)構(gòu)和能級(jí)分布可知，隨著三種給電子基團(tuán)的引入，HOMO能級(jí)相應(yīng)提高。由于POZ-4中分子的特殊結(jié)構(gòu)，POZ-4的激發(fā)躍遷為HOMO-1到LUMO的躍遷?；谒膫€(gè)染料分子的DSSC器件測(cè)試結(jié)果表明，在7號(hào)位引入N-苯基吩噻嗪得到的染料分子POZ-3表現(xiàn)出7.8％的光電轉(zhuǎn)換效率(769 mV，13.98 mAcm-2)，通過(guò)瞬態(tài)光電壓和光電流衰減測(cè)試分析表明，由于結(jié)構(gòu)不同所致的電池光電壓及其相關(guān)的半導(dǎo)體導(dǎo)帶邊

3、的變化對(duì)電池性能起著決定性的作用。
　　(2)對(duì)比分析兩種具有不同共軛方向的POZ基染料分子POZ-1與POZ-2的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系。通過(guò)理論計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)把POZ-1分子的共軛方向從沿“N”原子方向改成沿2號(hào)位方向（POZ-2），分子整體性能大大提升，因?yàn)椋琍OZ-1中POZ單元與苯環(huán)單元之間的二面角接近90°，導(dǎo)致分子內(nèi)基態(tài)到激發(fā)態(tài)(HOMO-LUMO)的電荷傳輸禁阻，相反，POZ-2的D單元與π單元之間的二面角僅為16°，具

4、有更好的共軛性和電子離域性。另外POZ-2中的烷基鏈可以在一定程度上抑制暗電流，進(jìn)一步導(dǎo)致POZ-1的Voc與jsc明顯低于POZ-2，以致POZ-1的光電轉(zhuǎn)換效率(2.4％)遠(yuǎn)小于POZ-2(6.5％)。
　　(3)將己基噻吩作為給電子修飾體引入三苯胺染料L1中得到染料L101，對(duì)比分析其光電物理化學(xué)性能。結(jié)果表明，L101染料的溶解性和光捕獲能力較L1強(qiáng)，以至其具有更高的Jsc。另外，引入己基噻吩之后，基于L101器件的光陽(yáng)極

5、導(dǎo)帶邊略高，使其具有較高的開(kāi)路電壓Voc，且其整體光電轉(zhuǎn)換效率為5.1％，較染料L1的4.7％略有提升。這種微弱的提升表明，在三苯胺類有機(jī)小分子染料中引入己基噻吩可提升染料的整體性能，但是這種改進(jìn)不如釕染料分子(C101)明顯。
　　(4)合成了三種聚合物染料分子:PPTZF，PPTZCZ和PTPACZ，它們的分子量基本在2300～3000(DP～4)，通過(guò)比較三個(gè)染料分子的光物理化學(xué)特性，可知，三苯胺作為給電子單元在聚合物染料中