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染料敏化太阳能电池(NPC)其优越的性能是其它种类光电化学太阳能电池无法比拟的,而染料性能的优劣将直接影响电池的光电转换效率, 简单来说性能优越的光敏剂必须具备三个基本条件:整个可见光谱内必须有较大的吸收以便于得到最大的光电转换;激发态必须具备足够的势能,把电子注入到导带中去;较好的功能团,使染料能有效的吸附在半导体表面。近几十年来,许多学者对联吡啶钌(II)的性质进行了大量的研究,这些研究主要集中在小分子结构,由于目前普遍使用液体电解质,容易导致敏化剂的脱附,同时当溶剂挥发时可能还导致染料的降解。现在公认使用效果最好的Cis-Ru(H2-debpy)2(NCS)2制备过程较复杂,因此合成新型染料敏化剂成为当前研究的重点。 本论文正是顺应染料敏化太阳能电池敏化剂的最新发展趋势,在总结染料敏化太阳能电池工作原理及染料敏化剂的特征的基础上,以引入咔唑空穴传输材料为目标,从基本原料4-甲基吡啶出发通过一系列合成反应制备了高分子量联吡啶钌敏化剂Ru[p(vk-vA)]L22+。 本论文首先通过still炭-炭偶合成键反应制备出4-甲基-2,2’-联吡啶,再与烯丙基氯反应制备出4-(3-烯-1-丁基)-2,2’联吡啶。实验结果表明:在Stille偶合反应中,参与偶合反应的亲电子基团X的吸电子性对反应的影响较大,直接影响产率的高低。其次用单体4-(3-烯-1-丁基)-2,2’联吡啶与N-乙烯基咔唑进行共聚, 通过延长反应时间得到了分子量较高的联吡啶咔唑类聚合物,并用红外、核磁、紫外吸收、以及GPC等方法对其结构及分子量进行了表征。随后将联吡啶咔唑类聚合物与四羧基二联吡啶钌络合生成新型染料Ru[p(vk-vA)]L22+,其结构中咔唑单元充当固体空穴传输材料,能提高太阳能电池的电子传输性能;而染料的高分子特性和染料中的羧基则能与纳米二氧化钛表面发生吸附与键合作用,使得染料吸附在二氧化钛电极表面不易脱落和降解,增强了染料的吸附能力. 最后通过紫外吸收和循环伏安法确定了其能级结构,能级结构基本与电池的能级要求相匹配。光电测试表明能得到较高的光电压和较宽范围内的光电流。