吲哚并咔唑的空穴传输材料和小分子掺杂剂在ssDSSCs中的应用

发布时间：2020-04-01 10:02

【摘要】：染料敏化太阳能电池由于成本低,制作简单,效率高等优点得到了广泛关注,但传统液态电解质具有腐蚀性、挥发性和易泄露等诸多不利因素,阻碍了染料敏化太阳能电池的工业化应用,为解决以上弊端,将具有空穴传输性能的空穴传输材料代替传统液态电解质得到固态染料敏化太阳能电池。所以在固态染料敏化太阳能电池(ssDSSCs)中,空穴传输材料起到将氧化态光敏剂还原再生并传输空穴的作用。目前固态染料敏化太阳能电池的研究多基于Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)体系,光伏转换性能表现不错,但是由于Spiro-OMeTAD合成复杂、电导率低和其阳离子在可见光区有吸收,进而与光敏剂有竞争吸收等因素,使得合成其他空穴传输材料成为该领域研究的热点。而空穴传输材料的空穴迁移率是影响太阳能电池光伏性能的重要因素,在空穴传输材料的旋涂溶剂中进行的化学掺杂,是使得染料敏化太阳能电池的空穴迁移率、光电转换性能得到大幅提升的有效途径。本论文首先设计合成了一类基于吲哚并咔唑的空穴传输材料ZYY1和ZYY2,并将其应用于固态染料敏化太阳能电池中,测试两个空穴传输材料的紫外可见吸收光谱,以及电化学循环伏安和光伏性能。合成的空穴传输材料ZYY1和ZYY2由于在旋涂溶剂氯苯的溶解性低,空穴传输材料渗透TiO_2膜弱,使电流密度和空穴迁移率低,进而影响电池的光电转换效率,分别为0.15%和0.27%。将旋涂溶剂氯苯改为氯苯和氯仿的混合液后(v:v=1:1),其以ZYY2为空穴传输材料的固态染料敏化太阳能电池的电流密度从0.45 mA/cm~2增大到0.80 mA/cm~2。DDQ(2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌)因其化学结构特点表现强吸电子性,所以在本论文第二部分中,探究DDQ作为p型掺杂剂在固态染料敏化太阳能电池中的影响。通过在以X1为空穴传输材料的旋涂溶剂中掺杂DDQ生成X1~+-DDQ~-电子转移络合物,比较掺杂前后电池器件电导率和光伏性能的变化。探究发现,掺杂DDQ后,固态染料敏化太阳能电池的串联电阻明显降低,短路电流密度得到较大的提升。掺杂0.08%DDQ后,固态染敏太阳能电池的光电转换效率为4.3%(J_(sc)=7.39 mA/cm~2,V_(oc)=0.80 V,ff=73%),在相同条件下,没有掺杂DDQ的电池器件的光电转换效率仅为2.9%(J_(sc)=5.37 mA/cm~2,V_(oc)=0.84V,ff=65%)。后在以ZYY2为空穴传输材料的旋涂溶剂中掺杂DDQ,电路密度和填充因子同样会得到提高,光电转换效率从0.14%提高到0.29%。
【图文】：

铁配合物,氧化还原电对,电解质

图 1.6 铜配合物[Cu(dmp)2]2+/+、[Cu(bpye)2]2+/+及 [Cu(dmbp)2]2+/+氧化还原电对的结构Fig. 1.6 Structures of the copper complex redox couples of [Cu(dmp)2]2+/+, [Cu(bpye)2]2+/+an[Cu(dmbp)2]2+/+3）铁配合物电解质

空穴传输材料

空穴传输材料Spiro-OMeTAD的结构
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

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