论文部分内容阅读
本论文以合成更刚性的光敏染料为目标,设计和合成了三个以不同喹喔啉基为π桥的光敏剂,系统地研究了这三种染料的光学性质、电化学性质以及影响染料敏化太阳能电池（DSSCs）光电性能的因素。分别使用2,3–二己基喹喔啉（HQ）和2,3–二苯基喹喔啉（PQ）作为新型π桥,合成了两种无金属的D–A–π–A型的新型光敏染料（ZW002和ZW003）,并将其应用于DSSCs中。本实验测试了两种染料的紫外吸收光谱,由两种染料的光谱图可得到染料都具有较宽的吸收范围和较大的摩尔吸光系数。HQ含有两个长烷基链,因此染料分子具有较大的空间位阻,可以有效地抑制分子间的π–π堆积。ZW002和ZW003染料分别用噻吩基团和带有己基链的噻吩基团作为桥基。用噻吩基作为桥基的光敏染料,分子尺寸较小,可以使TiO2薄膜上的染料吸附量增加。用ZW002染料和[Co（bpy）3]2+/3+液体电解质组装DSSCs,产生的光电转换效率高达8.23%,短路电流密度(Jsc)为12.43 mA cm-2,开路电压(Voc)为960 mV,填充因子（FF）为0.69。虽然ZW003比ZW002具有更宽的吸收范围和更大的吸光系数,但喹喔啉基团上的两个苯基造成了更严重的染料聚集,从而导致器件性能较差（PCE为7.43%）。用2,3–二己基–6,7–双（己氧基）喹喔啉基团作为π桥合成D–A–π–A型的光敏染料并应用于DSSCs中,将该光敏剂命名为ZW001。光敏剂ZW001的最大吸收波长较小且吸收光谱较窄,限制了电池的光电性能。为了提高染料敏化太阳能电池的性能,本实验用光敏剂ZW001和ZW003以3:4的浓度比例混合形成染浴,将TiO2膜浸入上述染浴中进行共敏化。分别用钴电对和碘电对作为液体电解质组装太阳能电池。当电解质为[Co（bpy）3]2+/3+时,两种染料共敏化后,吸收光谱拓宽,IPCE曲线的凹陷得到补偿,因此ZW001+ZW003(Jsc=11.89 mA cm-2,Voc=891mV,FF=0.72,PCE=7.62%)的光电转换效率高于两种染料单独时。当电解质为I–/I3–时,吸收光谱也拓宽,但ZW001+ZW003（6.20%）的效率高于ZW001（5.40%）,低于ZW003（6.94%）。这是由于用碘电对时,TiO2会印刷五层,增加了ZW003的吸附量,因此效率高于共敏化电池。在相同染料浓度下,基于钴电解质的所有电池效率都高于碘电解质,尤其是光电压的差距明显。这是由于碘电解质会吸收太阳光,并且再生机理分两步增加了能量的损失。