三聚茚基非对称芳胺类有机染料的合成及光伏性能研究

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1、分类号：密级：天津理工大学研究生学位论文三聚茚基非对称芳胺类有机染料的合成及光伏性能研究(申请硕士学位)学科专业：药物化学研究方向：染料敏化太阳能电池作者姓名：郝玉杰指导教师：薛松教授2014年2月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’SDegreeSynthesisandPhotovoltaicPerformanceofTruxene．．BasedAsymmetricArylamineDyesByYujieHaoSupervisorProfessor

2、SongXueFeb，2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特另tlDH以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：前珏奎签字日期：矽形年了月彩日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解墨盗墨兰盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权叁盗墨墨盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有

3、关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：前芦丕丞签字日期：劢?僻砂月衫日摘要染料敏化太阳能电池与硅光伏器件相比，由于染料敏化太阳能电池具有制造简单和成本低等优势而备受关注。在过去的二十年间，人们为了寻求新型高效有机光敏剂做了许多研究性实验，这都促进了染料敏化太阳能电池的发展。迄今为止，研究的所有光敏剂类型中，芳胺有机染料以10．3％的光电转换效率而被看成是目前染料敏化太阳能电池最具前

4、景的光敏剂。三芳胺为电子供体的有机染料具有以下优点：摩尔吸光系数高；有效抑制电子复合；防止聚集。基于以上原因本课题设计3种新型有机光敏染料，它们均以三聚茚修饰的非对称三芳胺为电子供体，以环氧噻吩(EDOT)为共轭桥，氰基乙酸为电子受体，形成D．7c—A型有机敏化染料(M20、M21和M22)。着重考察染料结构对电池性能的影响。M20分子结构的供电部分引入EDOT拓宽了供电部分的兀共轭体系；M21和M22由于分子结构中分别引入对甲氧基联苯基和9,9．二丙基芴基降低了最高占有分子轨道(HOMO)与最低未占有分子轨道(LUMO)间的带隙

5、，导致三种染料的分子内电荷转移(ICT)吸收峰波长(520am、519am和524nm)相比于M4(506nm)分别红移14nm、13nm和18nm。三种染料的HOMO能级值均LL[Co(phen)3】川3+和r／13一的氧化还原电势(O．62V和0．4VVSNHE)要正，这表明染料有足够的使染料被还原再生的驱动力，即能够被二价钴离子或碘负离子还原再生。三种染料的LUMO能级值(即染料的激发态氧化还原电位，分别是．1．22V、．1．“V和．1．11VVSNHE)均比Ti02导带的能级值(ECB，．O．5VVSNHE)更负，这表明染

6、料可以提供足够的电子注入驱动力将激发态电子注入到Ti02导带。三种染料均符合DSCs的能级匹配原则。钴电解液中TBP含量对电池性能的影响也一并进行了研究。发现使用浓度为O．8MTBP的钴电解液的电池测出的性能最优。研究还发现染料M21和M22引入强电子供体单元(如二丙基芴基和4-甲氧基联苯基)能明显提高光捕获能力、电池的短路光电流密度及光电转换效率。综合所有因素，测得新合成的3个染料中M22的性能最优，其光电转换效率PCE最高可达7．89％。关键词：三聚茚三芳胺给体染料敏化太阳能电池光伏性能AbstractDye—sensitiz

7、edsolarcells(DSCs)haverecentlyreceivedgreatattentionbecauseoftheireaseoffabricationandcost-effectivenesscomparedwithsilicon(Si)basedphotovoltaicdevices．Duringthepasttwodecades，numerousresearchattemptshavebeenmadetoexploringnewphotosensitizerstoassistinthedevelopmentof

8、dye—sensitizedsolarcells(DSCs)．Ofallthephotosensitizersexaminedthusfar,thearylamineorganicdyes，holdingtherecordforvalidatede