D-π-A型卟啉染料敏化太阳能电池研究

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太阳能电池是高效、清洁利用太阳能的有效手段,其中染料敏化太阳能电池(DSSCs)因其低成本、高效率等优点被广泛关注,而D-π-A型锌卟啉染料分子被广泛用作光敏化剂。电子给体和受体的结构对于卟啉染料的光伏性能具有重要影响,在受体结构方面,苯甲酸和氰基乙酸基团的应用最为广泛。本论文为深入探讨受体结构对电池性能的影响,设计合成了一系列含不同受体的卟啉染料,研究其各项性质及电池性能,系统探讨受体的作用。  第一章介绍了DSSCs的结构、工作原理、研究进展及本论文研究思路。  第二章基于含咔唑类电子给体的卟啉染料XW1,通过系统改变受体结构,设计、合成并表征了分别以苯甲酸、氰基乙酸等为受体的系列卟啉染料分子XW5-XW8。  第三章对目标化合物的光物理及化学性质进行了研究,并以该系列分子为光敏化剂制备了DSSCs,并研究了其各项性能。研究表明,以苯甲酸基团直接与卟啉meso位相连的染料(XW5)为基准,在其结构中引入氰基乙酸(XW6)或乙炔基(XW1)能够提升电池效率。如果同时引入氰基乙酸和乙炔基(XW7),染料聚集作用增强,导致开路电压下降及电池效率的降低。为克服该缺陷,将氰基引入苯甲酸单元中羧基的邻位(XW8),短路电流和开路电压值都获得了提升,分别达到15.72mA cm-2和700mV,取得了该系列染料的最高效率7.59%。  第四章研究性能较为突出的卟啉染料XW1和XW8与纯有机小分子染料XS3共敏化作用,并优化电池器件的制备,将光电转换效率进一步提升到9.31%。  第五章总结全文工作。本文研究结果对进一步设计含不同受体的高效卟啉染料提供了理论与实验依据。
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