【摘 要】
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光敏染料在染料敏化太阳能电池（DSSCs）中起着吸收光子并转移电子的作用,是影响电池器件光电转换效率高低的主要因素之一,因此发展新型的光敏染料对电池器件效率提升起着至关重要的作用。本论文通过开发设计不同的稠芳环作为供体,来调节光敏染料能级和拓宽光谱响应,匹配不同类型的电解质提高器件光电转换效率。从强供电性的二噻吩并吡咯（DTP）出发,通过引入不同数量的烷氧基链修饰DTP,获得了具有较负HOMO能级
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光敏染料在染料敏化太阳能电池（DSSCs）中起着吸收光子并转移电子的作用,是影响电池器件光电转换效率高低的主要因素之一,因此发展新型的光敏染料对电池器件效率提升起着至关重要的作用。本论文通过开发设计不同的稠芳环作为供体,来调节光敏染料能级和拓宽光谱响应,匹配不同类型的电解质提高器件光电转换效率。从强供电性的二噻吩并吡咯（DTP）出发,通过引入不同数量的烷氧基链修饰DTP,获得了具有较负HOMO能级和较宽光响应范围的光敏染料AJ101和AJ102。其中AJ101由于供体多了一个烷氧基、供体与π桥形成较大的二面角,降低了分子平面性和分子间聚集,进而抑制了电子复合,基于I-/I3-电解质的DSSCs器件获得了8.0%的光电转换效率（PCE）和784mV的开路电压（Voc）。AJ102由于噻吩作为连接点,降低了分子扭转,进而拓宽了光谱响应,其DSSCs器件获得了 20.0mA/cm2的光电流密度（Jsc）,最终获得了9.5%的光电转换效率。以廉价咔唑为原料,通过FeCl3氧化作用合成了具有富电子能力的大π体系稠环三聚咔唑供体,探究了叁键对三聚咔唑类光敏染料AJ201、AJ202和AJ206的光电物理性质和DSSCs性能的影响。这些光敏染料与新型CuⅠ/Ⅱ（tmby）2（TFSI）1/2电解质的高HOMO能级相匹配,具有足够的光敏染料再生驱动力。AJ206将叁键引入镶嵌基团位置具有较宽的波谱响应和较快的电子注入,可有效抑制电荷复合,其DSSCs器件最终获得了 10.8%的PCE和1002 mV的Voc。利用FeCl3氧化作用将噻吩与咔唑耦合设计合成了具有稠环类供体的光敏染料AJ303及参比光敏染料AJ301。共轭的稠芳环光敏染料AJ303具有较小分子结构、较高的单色光光电转换（IPCE）响应和较低的电荷复合速率,基于[Co Ⅱ/Ⅲ（bpy）3]（TFSI）2/3和[CuⅠ/Ⅱ（tmby）2]（TFSI）1/2电解质的DSSCs器件分别获得了 10.2%和8.2%的光电转换效率。说明通过耦合手段扩大供体结构是提高光敏染料光电转换效率的一种有效手段。以烷基苯修饰的咔唑作为稠环供体并将强吸电子基团吡咯并吡咯烷酮作为π桥合成了近红外光敏染料AJ502。以咔唑并吲哚作为供体并将含有氟原子的缺电子基苯并三氮唑作为π桥合成了TZ101及无氟的TZ102。通过AJ502和TZ101的共敏化,发现了TiO2薄膜表面形成了光敏染料分子间的相互作用,拓宽了各光敏染料在TiO2膜上的吸收光谱,使得DSSC器件的光电转换效率得到了极大的提升,最终获得了10.3%的光电转换效率和1060 mV开路电压。
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