平面化调控的新型吲哚啉染料的合成与性能研究

发布时间：2020-10-30 19:27

　　 由于具有较高的光电转换效率,染料敏化太阳能电池(DSSCs)在过去二十年中作为传统硅基太阳能电池的潜在替代品受到了广泛的关注。随着有机染料的深入发展,有针对性和选择性能量调控成为一个越来越重要的课题。本文中,设计并合成了四种具有完全相同的给体和受体单元的D-π-A-π-A结构的吲哚啉敏化剂,其分子平面性通过引入具有各种侧链的给体桥段来调节。并对四种染料敏化剂的光物理、电化学性能和光伏性能进行了详细研究。第1章简述了DSSCs的发展前景,染料敏化剂的特点、种类和分类,并对具有代表性的染料敏化剂进行了简单的概括总结,在此基础上引出了本论文的设计思路:用分子工程调控手段进行有针对性和选择性的能量调控。第2章以吲哚啉为电子给体,苯并噻二唑为辅助受体,苯甲酸为受体,设计并合成了四种新型染料敏化剂CS-25、CS-26、CS-27和CS-28,这些染料的分子平面性通过在噻吩π桥上引入不同的侧链来调节,经核磁共振氢谱和碳谱表征其结构正确。第3章对四种染料敏化剂进行了光物理、电化学以及光伏性能研究,并用Gaussian09程序对四种染料的基态单重态和第一激发单重态的各项性质进行量化计算。随着给体桥的平面性的改善,染料的HOMO能级逐渐升高,更重要的是,它们的LUMO能级保持在相同的值附近。此外,较好的分子平面性获得较高的电荷注入效率,而过于平面化的分子则会导致更高的HOMO能级,导致染料再生效率变差。此外,适当的侧链也抑制了电荷在某种程度上复合,而过大的侧链则可能给予I_3~﹣更多的与导带中电荷复合的空间和机会。因此,通过各种性能的综合比较得到了光伏性能最优的染料CS-26。第4章结论。我们的结果表明,给体桥的平面性调节不仅可以有针对性和选择性地控制染料的HOMO,而且还可以精细调节多个界面电荷转移过程。分子平面性应该在有机染料的设计中发挥更为重要的作用,为进一步开发高效敏化剂提供了重要的策略。
【学位单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM914.4;TQ613
【部分图文】：

8 在 CHCl3/MeOH(v/v，1/4)中的吸收光谱及其吸附在 3μm TiO。所示，染料 CS-25，相对于其他三种染料，可以发现约 20nm 移。随着分子平面性的降低，染料 CS-25-28 的 λmax值按照 C8 的顺序排列，这是由于在分子平面度差的情况下分子内电荷一方面，烷基取代染料（CS-26-28）的摩尔消光系数（εmax）明显定程度上补偿了较窄的吸收光谱。当吸附在 3μmTiO2上时，于它们在溶液中的 λmax而蓝移（图 2 插图）。值得注意的是，从 CS-28 的 3nm 增加到 CS-25 的 14nm。众所周知，辅助受去质子化作用[36]。因此，CS-25 的较大蓝移主要是由于其较H-聚集，这可能影响其光伏性能。而对于染料 CS-28，环己基集效果，因此导致更小的蓝移。表 1 四种染料在溶剂中和 TiO上的光学和电化学性能

TiO2薄膜的起始吸收波长估算 E0-0值；e按 LUMO=HOMO定了染料 CS-25-28 的光致发光(PL)值分别为 588 nm、592 n。结合 λmax，计算出四种染料的能量损失分别为 0.39、0.47、0的能量损失意味着更容易的激发态弛豫，包括振动弛豫、溶周知，平面化是染料激发过程中的常见状态。因此，在分子由于其较小的扭转弛豫能量损失，将明显地节省更多的能量料敏化剂的 PL 寿命研究

的能量控制提供了一种很有级是影响光子 - 电子转换UMO 能级到 TiO2的导带（OMO 能级接收电荷来氧化 能级影响染料再生效率。子平面度的提高，τsolution逐UMO 能级保持在相同的值附
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本文编号：2862904