本文選題：染料敏化太陽能電池 + 光敏染料��； 參考：《天津大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：N,N,N’,N’-四苯基-4,4’-聯(lián)苯二胺(TPB)及其衍生物是一類性能優(yōu)良的光電材料,常應(yīng)用在有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED),有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET),有機(jī)光導(dǎo)器件(OPC)中。本文選用TPB為結(jié)構(gòu)骨架,設(shè)計(jì)和合成一系列三苯胺類純有機(jī)染料和小分子HTM,并將這些化合物分別應(yīng)用在DSCs和PSCs中,光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到5.15%和13.10%。設(shè)計(jì)合成了六個(gè)具有D-π-A分子結(jié)構(gòu)的新型三苯胺類有機(jī)光敏染料,利用MS、1H NMR、13C NMR和HRMS對(duì)中間體和染料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果表明染料分子的HOMO能級(jí)主要分布在TPB基團(tuán)上,LUMO能級(jí)主要分布在拉電子基團(tuán)氰基乙酸及其相連的π橋上,證明了三苯胺染料分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。研究了三苯胺染料在溶液中的光物理性質(zhì),分析了結(jié)構(gòu)對(duì)染料光物理性質(zhì)的影響。在TiO_2薄膜上,其中五個(gè)染料的ICT吸收峰僅發(fā)生1nm~15nm的紅移或藍(lán)移;電化學(xué)測試表明,染料D1-D6的LUMO能級(jí)值處于-2.28eV~-3.32eV之間,HOMO能級(jí)值處于-5.33eV~-5.65eV之間,可以同時(shí)滿足電子的注入和氧化態(tài)染料的還原。測試了染料在TiO_2膜上的吸附量,揭示了染料結(jié)構(gòu)與吸附量、吸附形態(tài)之間的關(guān)系。通過J-V和IPCE測試,系統(tǒng)表征了三苯胺染料敏化的DSSC的光電轉(zhuǎn)換性能,探討了影響電池性能參數(shù)差異的因素。其中染料D4的電池由于其較寬的IPCE響應(yīng)范圍和較高的光電流,而獲得了最高的光電轉(zhuǎn)換效率5.15%。設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)新型的HTM(TPBS和TPBC),并應(yīng)用在鈣鈦礦型太陽能電池中。循環(huán)伏安測試結(jié)果表明,通過引入供電子結(jié)構(gòu)對(duì)TPB進(jìn)行修飾,不僅能夠調(diào)節(jié)材料的能級(jí),而且可以提高材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、空穴遷移率以及電池的性能。在非摻雜條件下,TPBC的電池效率最高,為13.10%,開路電壓為942 mV,短路電流為19.32 mA/cm2,填充因子為0.72。電化學(xué)交流阻抗測試表明,TPBC作為HTM應(yīng)用在鈣鈦礦電池中能更有效地抑制電子復(fù)合,因此具有較高的開路電壓。時(shí)間分辨光致發(fā)光衰減測試表明,CH3NH3PbI3/TPBC的熒光衰減壽命較小,因此TPBC具有較強(qiáng)的空穴傳輸能力。TPBS和TPBC具有合成簡單、成本低廉的特點(diǎn),并且其性能可以和spiro-OMeTAD媲美,說明了以TPB為核心結(jié)構(gòu)的小分子空穴傳輸材料在非摻雜鈣鈦礦太陽能電池中具有巨大的應(yīng)用前景。
[Abstract]:As a kind of optoelectronic materials with excellent properties, NNNNP- TPBs and their derivatives are often used in organic electroluminescent devices (OLEDX), airport effect transistors (OFETT), organic photoconductive devices (OPC). In this paper, a series of triphenylamine pure organic dyes and small molecule HTM were designed and synthesized by using TPB as the structural skeleton. These compounds were used in DSCs and PSCs respectively. The photoelectric conversion efficiency reached 5.15% and 13.10% respectively. Six novel triphenylamine organic Guang Min dyes with D- 蟺 -A molecular structure were designed and synthesized. The intermediates and dyes were characterized by NMR and HRMS. The results of quantum chemical calculation show that the HOMO energy levels of dye molecules are mainly distributed on the TPB group and its connected 蟺 -bridge, which proves the rationality of the molecular structure design of trianiline dyes. The photophysical properties of trianiline dyes in solution were studied and the effect of structure on the photophysical properties of dyes was analyzed. In TiO_2 films, the ICT absorption peaks of five dyes only exhibit red shift or blue shift of 1nm~15nm, and the electrochemical measurements show that the LUMO energy level of dye D1-D6 is between -2.28 EV and 3.32 EV, and that of Homo is between -5.33 EV and 5.65 EV. Both the electron injection and the reduction of the oxidized dyes can be satisfied at the same time. The amount of dye adsorbed on TiO_2 membrane was measured, and the relationship between dye structure and adsorption capacity and adsorption morphology was revealed. The photoelectric conversion properties of DSSC sensitized with trianiline dyes were systematically characterized by J-V and IPCE measurements. The factors affecting the performance parameters of the cells were discussed. Because of its wide IPCE response range and high photocurrent, the dye D4 battery achieves the highest photoelectric conversion efficiency of 5.15. Two new types of HTM(TPBS and TPBCC have been designed and synthesized and used in perovskite solar cells. The cyclic voltammetry results show that by introducing the power supply substructure to modify the TPB, not only the energy level of the material can be adjusted, but also the glass transition temperature, the hole mobility and the performance of the cell can be improved. The cell efficiency is 13.10mV, the open-circuit voltage is 942 MV, the short-circuit current is 19.32 Ma / cm ~ 2 and the filling factor is 0.72%. Electrochemical impedance measurements show that HTM can effectively inhibit electron recombination in perovskite cells, so it has a high open circuit voltage. The time-resolved photoluminescence attenuation test shows that the fluorescence decay lifetime of Ch _ 3NH _ 3PbI _ 3 / TPBC is relatively small, so TPBC has strong hole transport capability. TPBS and TPBC have the advantages of simple synthesis and low cost, and their properties are comparable to those of spiro-OMeTAD. It is shown that the small molecule hole-transport material with TPB as the core structure has a great application prospect in the undoped perovskite solar cells.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TQ610.1;TM914.4

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本文編號(hào)：1959451