纯有机D-A-π-A型敏化染料的性能研究

发布时间：2020-04-03 17:14

【摘要】：近年来,作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)中的重要组成部分—敏化染料,尤其是有机敏化染料,由于其摩尔消光系数高,合成和纯化简单,成本低和环境友好等优点而备受关注。怎样提高DSSCs的光电转化效率、稳定性和平面性是目前研究DSSCs的重要问题。本文针对基于平面性优化的新型D-A-π-A纯有机敏化染料,深入研究了平面性对染料各项性能的影响:1、作为影响各类型电池器件界面间电子传输的关键性质,有机染料的能级结构直接影响了其应用性能。但是,目前对染料能级结构的调控研究据表现出较差的可控性和选择性。因此,我们通过调控共轭桥链的平面性,设计了两种基于D-A-π-A结构的新型喹喔啉敏化染料CS-9和CS-10。随着分子的这种规定的平面化,能够选择性地使染料的LUMO能级下移,而其HOMO能级几乎不变,达到了染料能级选择性调控的目的。2、香豆素和额外受体在D-A-π-A结构中的直接连接将导致这两个平面之间的二面角增大,从而影响分子内的电荷转移过程。本章,通过香豆素和额外受体之间另外的π-桥,已经设计了基于D-π-A-π-A结构的两种新型香豆素敏化染料CS-1和CS-2。通过这种改进,可以有效地改善供体-额外受体部分的平面性,从而使ICT过程更平滑,能量损失更少。随着分子的平面化,染料的能级也得到了有效的优化。此外,即使引入额外的π-桥,染料仍然保持了优异的光稳定性。因此,通过CS-2敏化的DSSC获得了较高记录的PCE值8.03%,J_(SC)为16.38mA cm~(-2),V_(OC)为694mV,ff为0.707,而经过1000小时老化试验PCE值下降仅约3.5%。我们的研究结果表明,对特定分子结构的平面性进行调整显然是选择性地优化敏化染料的能级和光伏性能的更优选方案,为今后开发高效的有机敏化染料提供了有力的策略。
【图文】：

结果与讨论 基于 D-A-π-A 结构的新型喹喔啉染料的物化性能研究众所周知，羧酸根基团的反对称（Vas（COO-））和对称（Vs（COO-））伸式之间的能量差（△Vas-s）可用于确定染料与 TiO2表面之间的界面结合方式因此，为了弄清楚两种染料与 TiO2表面之间的界面结合方式，研究了自由分子和染料敏化 TiO2粉末的 FT-IR 光谱（傅里叶红外光谱）。最有趣的是从 1000 到 2000cm-1范围内将四个光谱合并在一个图中进行比较。

图 2-4：使用 DMF 作为溶剂的 CS-9 和 CS-10 的地面单重态和首次平衡激发单重态所优化的几何形状，以及它们的 HOMO 和 LUMO 与它们的实验值。 计算的二面角也被标记上了。2.3.3 基于 D-A-π-A 结构的新型喹喔啉染料的光伏性能研究表 2-3 基于 CS-9 和 CS-10a的 DSSC 的光伏性能JSC/mA cm-2JInt/mA cm-2 bVOC/ mVff η/ %CS-9 10.58 9.93 651 0.645 4.43CS-10 4.89 4.34 665 0.665 2.16a电解质使用的是 0.6M 的 1-丁基-3-甲基咪唑碘化物，0.10M 的 LiI，，0.05M 的 I2
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ610.1;TM914.4

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本文编号：2613474