【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSSCs)具有成本低廉、制作工藝簡單等優(yōu)點,已成為當前太陽能光電轉換領域的研究熱點。用于捕獲太陽光子的光敏染料是DSSCs最核心的組成部分,其光物理、電化學性質直接影響著太陽能電池器件的性能。本論文設計合成了三個系列新型的D-n-A型有機光敏染料,通過核磁共振和質譜等手段對其結構進行了表征,并通過紫外可見吸收光譜、熒光光譜、循環(huán)伏安法研究了它們的光物理和電化學性質,最后,應用這些染料制作了染料敏化太陽能電池,并測試了器件的光電性能。主要的研究內容如下： (1)設計合成了以苯并噻唑為共軛π橋、三苯胺為電子給體和氰基丙烯酸為電子受體的D-π-A型有機光敏染料,并將其應用于染料敏化太陽能電池。通過使用苯并噻唑代替?zhèn)鹘y(tǒng)π橋中的苯基,提高了染料分子的摩爾消光系數(shù),并使染料分子的吸收光譜發(fā)生輕微紅移,所制作的電池短路電流密度得到提高,從而得到了較高的光電轉換效率。其中,使用染料DBT1和DBT2制作的電池光電轉換效率分別為5.85%和5.43%,均高于以苯基為共軛π橋的染料DPB的光電轉換效率(4.24%)。相同條件下,使用參比染料N719制作的電池光電轉換效率為7.16%。 (2)設計合成了三個以芴衍生物為共軛π橋、二苯胺為電子給體和氰基乙酸為電子受體的D-n-A型有機光敏染料,并將其應用于染料敏化太陽能電池。其中,染料F1吸附在Ti02表面容易發(fā)生π-π堆積而導致較低的短路電流密度；以苯基取代芴π橋的染料F2發(fā)生π-π堆積現(xiàn)象明顯,其DSSCs的短路電流密度最�。灰哉夯〈苔袠虻娜玖螰3可以有效防止π-π堆積,顯著提高DSSCs的短路電流。在沒有共吸附劑的DSSCs中,F3染料敏化的太陽能電池的光電性能明顯優(yōu)于F1和F2,光電轉換效率最高,達到5.15%。 (3)設計合成了三個以菲并噻二唑為共軛π橋、二苯胺為電子給體和氰基乙酸為電子受體的D-π-A型有機光敏染料,并將其應用于染料敏化太陽能電池。在AM1.5G,100mW·cm-2光照條件下,PTZ3染料敏化的太陽能電池光電轉換效率最高,為4.13%(短路電流為9.06mA·cm-2,開路電壓為0.71V,填充因子為0.64)。
【圖文】：

主要是由光陽極、電解質和對電極三部分組成。染料敏化太陽能電池的具體構造和原理示意圖如圖1.1所示[18]。光陽極主要是通過在慘雜氟的氧化錫（FTO)透明導電玻璃上燒結一層納米多孔二氧化鈦（Ti02)薄膜，并在Ti02上吸附光敏染料制備而成的。對電極一般是由負載有催化性能物質（如拍、石墨等）的導電玻璃組成。電解質中通常含有氧化還原電對，存在于光陽極和對電極中間，使氧化態(tài)染料還原再生，自身可以從對電極得到電子再生。根據(jù)電解質的形態(tài)，，可以分為液態(tài)電解質、準固態(tài)電解質和固態(tài)電解質。2

電池的短路電流密度主要由電池對太陽光光譜的響應范圍和轉換效率決定。從太陽光能量分布譜圖（圖1.4)可以看出，要想獲得較高的短路電流密度，就需要電池對太陽光在紫外、可見光和近紅外有較寬的響應。③填充因子如公式（2.12)所示，填充因子（ff)即為內接矩形對應的面積（實際產生的最大輸出功率）與外接矩形的面積（理論的最大輸出功率）之比。P J xVff 二 -~！=55_ = __。墜 (2.12)J.C Jsc ^V^c④總的光電轉換效率〔rP太陽能電池總的光電轉換效率可以用下式表示：—scXFocX肌 (2.13)由公式（2.13)可以看出，太陽能電池總的光電轉換效率影響因素有：短路電流密度、開路電壓、入射光強度以及填充因子。1.2.4光敏染料光敏染料是DSSCs的核心組成部分，吸附在Ti02表面，起到捕獲太陽光將光子轉化為電子并將電子注入到納米TiCh導帶的作用，是實現(xiàn)光電轉換的關鍵。近二十年來，經過廣大科研工作者的共同努力，目前已有上百種光敏染料應用于DSSCs并獲得較好的光電轉換效率。光
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4

【參考文獻】

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1 田海寧;芳胺類光敏染料用于染料敏化太陽能電池的研究[D];大連理工大學;2009年

本文編號：2574371