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染料敏化太阳能电池光敏剂的合成及性能研究

聂巍巍  
【摘要】: 太阳能电池是目前太阳能开发利用的一个重要方向,提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的关键在于开发新型、高光电转换效率和高稳定性的光敏剂。以此为目的,我们首先设计合成了染料中间体和Cy7缩合剂,然后以其为原料合成了对称Cy3、不对称Cy3及对称Cy7菁染料光敏剂,并研究了三种光敏剂的性能。 以对氨基苯磺酸为原料经过重氮化、还原、与3-甲基-2-丁酮反应、再通过对氯甲基苯甲酸季铵盐化等制得染料中间体。 采用油浴和超声波两种方法,以上述中间体分别通过缩合剂原甲酸三乙酯和5-苯胺基戊二烯醛缩苯胺盐酸盐合成得到了对称Cy3、不对称Cy3和对称Cy7菁染料光敏剂,通过1HNMR、MS等对产品结构进行了确认。与油浴相比,超声波法具有反应时间短、温度低和收率高等优点。 通过SiO2柱色谱对所合成的光敏染料进行分离提纯,探索了产品分离的最佳洗脱剂。对称Cy3、不对称Cy3和对称Cy7最佳洗脱剂的组成分别是异丙醇:水=5:1、冰醋酸:正丁醇:水=7:80:5、冰醋酸:正丁醇:水=5:32:5。 测试了所合成染料的光谱性能。在水溶液中对称Cy3、不对称Cy3和对称Cy7最大特征紫外吸收波长分别为551 nm、544 nm和749 nm;最大荧光发射波长为565 nm、561 nm和787 nm。与在水溶液下相比,所合成的染料光敏剂在α-环糊精水溶液中的最大紫外吸收和荧光发射波长不变,但强度有所增强。 利用电化学工作站测试了染料敏化TiO2光阳极的阻抗,由于对称Cy3、不对称Cy3使TiO2吸收光谱范围拓宽,有较好的光敏性,使制得的光阳极吸光度增大,并使电解质/氧化物电极界面的电荷传输增快,阻抗减小。但由于对称Cy7抗氧化能力较弱,影响了光阳极的光吸收效率,使阻抗增大。


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