基于给体平面化工程的新型咔唑染料的合成与性能研究

发布时间：2020-12-11 06:42

　　近几年染料敏化太阳能电池（DSSCs）因其低成本,易制造,高光电转换效率受到大家的广泛研究,其中最重要的部分就是敏化剂,而敏化剂中最重要的就是能级的调控,能级作为有机染料的关键性质,决定了DSSCs界面电荷转移过程的热力学可能性和效率。随着有机染料的不断发展,有选择性的能级调控成为一项十分重要和系统的工程。本文设计合成了四种新型的D-A-π-A型咔唑染料,通过简单的芳基固定化使得苯和咔唑之间的二面角大大减小,优化其分子平面性,并对其性能进行了详细的研究。第1章简述了染料敏化太阳能电池（DSSCs）的发展前景、特点和分类,并且综述了一些近几年来以咔唑为给体的有机染料,最后引出本论文的设计思路—通过平面化来选择性调控染料的能级。第2章以咔唑为给体,苯并噻二唑为辅助受体,苯甲酸为受体,通过改变咔唑和苯环之间的平面性合成了染料CS-14和CS-15,经过核磁共振氢谱和碳谱确定了化合物的结构,进一步研究了他们的性能。通过芳基固定化合成的染料CS-15,随着分子平面性的提高,染料的HOMO能级得到了有效的提升,并且LUMO能级几乎不变,因此CS-15表现出最优的光伏性能,J_SC

【文章来源】：河北师范大学河北省

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

CS-15吸附在TiO2膜上后，经过氙灯照射0-60min的光稳定性测试

我们还测试了 CS-14 和 CS-15 的荧光发射光谱，分别为 597nm 据表中的(λmax)可以计算出他们的能量损失，分别为 0.96 V 和 0能量损失意味着更容易的激发态弛豫，包括振动、溶剂和扭转弛化是染料激发时的常见过程，因此随着分子平面性的提高，染料小可以节省更多的能量。外，为了了解分子平面性对能级的影响，我们测试了两种染料的-1 所示。采用完全相同的苯并噻二唑取代的苯甲酸作为受体部分UMO 能级-1.39 - -1.40 V 非常相似，而他们的 HOMO 能级受给体都是咔唑取代的基团，但他们的分子平面性却不同，所以他们，分别为 0.93V 和 0.82V。换句话说，当给体片段的分子平面性O 能级就会升高，更重要的是他们的 LUMO 能级没有受到影响，定向调控 HOMO 能级提供了一种很好的策略。染料敏化剂 CS-14/15 的荧光寿命光谱

估了两种染料的(ηreg)，根据等式 1[73]： reg= 1 I /I3 blank-/I3-和 τblank分别为加了和没加 I-/ I3-乙腈电解质的虚拟电池的荧光替 TiO2电极组装在虚拟电池里边，避免了电荷注入的影响[73]。以I3-电解质时，荧光寿命的衰减仅仅是由从 I-/ I3-氧化还原电对到染转移引起的，模拟了染料的再生过程。如图 2-3 所示，没有 I-/ I3 ZrO2膜上的 CS-14 和 CS-15 模拟的电池器件，测得他们的荧光 4.91 ns，与他们在溶液中的荧光寿命处于相同的顺序。当注入命(τI-/I3-)被有效的猝灭为 0.67 和 0.75 ns，(ηreg)值分别为 81.64%以得出，通过改善分子的平面性可以有选择性的提高 HOMO 能生效率。


本文编号：2910073