D-π-A型氮吡咯噻吩基共轭桥有机敏化剂的合成及其光伏性能研究

发布时间：2020-11-18 09:33

　　 染料敏化太阳能电池(DSSCs)是未来的能源供应高效且易于实现的新技术。与传统的硅太阳电池相比,它以较低的材料和制造成本提供了可观的光电转换效率。在较低的光强下也表现出更好的性能。这让敏化太阳能电池成为未来广泛应用于室内环境的最佳选择。到目前为止,这些优势吸引了相当多的研究力量。对于有机敏化剂而言,π-共轭桥对供体和受体之间的电子传输有很大的影响。据报道,含氮吡咯噻吩环的π-共轭桥在提高有机敏化太阳能电池的光伏性能中有非常积极的影响。本文设计合成了三个以氮吡咯噻吩(DTP)基团为π-桥的高效染料敏化剂。DTP单元的氮取代位上分别引入10-苯基-10氢-吩噻嗪(JW1)、5,5,10,10,15,15-hexapropyl-10,15-dihydro-5Hdiindeno[1,2-a:10,20-c]fluorene(JW2)和4-甲氧基苯(JW3)作为二级单元。三苯胺基团作为染料敏化剂中常用的高效电子供应基团因其不仅易合成,而且易修饰,被用作电子给体。为了有效的抑制染料聚集以及减少电子复合,三苯胺的端位引入了分子量大的烷基链。一个额外的双键也被引入苯胺供体和DTP基的π-桥之间。烯烃的插入增强了π重叠,从而使染料吸收光谱红移并拓宽了光谱吸收范围。通过这样的结构设计来考察π-桥上修饰不同的二级单元对D-π-A型染料电池光电性能、光物理性能以及光化学性能的影响。根据理论计算结果,所有的染料分子具有良好的电子传输性能。利用J-V我们研究了由染料JW1、JW2和JW3制作的太阳能电池的光电性能。JW1-3在Co-phen中的电池效率分别为7.09%、7.87%、6.50%。其中JW2电池的短路电流16.45mA、开路电压784 mV、填充因子0.61,表现出7.87%的最好光电转换效率。DTP间隔上不同的二级基团可以切实的影响HOMO-LUMO之间的能隙。相比于染料JW3,JW1和JW2在DTP间隔上引入苯基吩噻嗪单元和丙基三聚茚单元后染料表现出更匹配的能级,合适的能级关系更有利于电子注入和染料再生。IMVS结果表明,引入经过修饰的DTP基π-桥的这三种染料可以抑制TiO_2导带上的电子复合。因此,基于DTP基团的π-桥,在新染料和高效染料敏化太阳能电池的开发中是一种很有前途的积木。
【学位单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ610.1;TM914.4
【部分图文】：

染料敏化太阳能电池的结构示意图

I-/I3-作为氧化还原电对的DSSCs工作原理示意图

DSSCs的电流-电压（J-V）曲线
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本文编号：2888575