三苯胺类太阳能电池染料敏化剂的研究进展

染料敏化太阳能电池(简称DSSC)以成本低、易于制造、可大面积生产和环保的特点受到广泛关注。染料敏化剂是DSSC的核心组成部分,起着收集太阳光并将激发态电子注入到半导体导带的作用,对光电转换效率至关重要。有机染料易于合成,通过分子设计可以调控光物理和电化学特性。三苯胺是强的供电子基团,其非平面空间结构使得染料分子聚集程度减弱,这些性能均有利于提高染料的吸收性能和电子传输效率。以三苯胺或取代三苯胺作为给电子体的有机染料敏化剂,提高了太阳能电池的光电转化效率,是近年来的研究热点。     

第二受体单元对三苯胺类敏化染料性能影响的计算

为了提高三苯胺类有机染料的性能,在具有D-π-A构型的染料B1的基础上,通过引入不同的第二受体单元A′,设计了6种新的D-A′-π-A型染料。根据计算化学中的密度泛函理论,对染料分子进行构型优化、电荷分布、能级等研究。结果表明,所设计的6种分子都可以保持稳定的空间结构,第二受体单元的引入降低了分子的带隙,拓宽了吸收范围,使最大吸收波长发生了明显红移。与B1(396.6nm)相比,6种染料的红移顺序为B1-PDP(418.4nm)B1-Qu(452.7nm)B1-BTZ(469.3nm)B1-BTD(482.6nm)B1-DPP(522.0nm)B1-BOD(530.8nm)。综合分析可知,B1-BOD,B1-BTD,B1-DPP在理论上具有更优的性能。研究可为设计和合成性能良好的染料分子,进一步提升染料敏化太阳能电池的光电转化效率提供理论支持。     

多烯三苯胺类共轭化合物的合成

以4,4’-二甲酰基三苯胺为原料,经过Wittig反应和甲酰化反应合成了含有多个双键的三苯胺环类化合物:4,4’-二-[(反)-α-萘乙烯基]-4’’-[(反)-4-甲基苯乙烯基]三苯胺(4a)和4,4’-二-[(反)-α-萘乙烯基]-4’’[(反)-苯乙烯基]三苯胺(4b),结构经1 H NMR,13 C NMR和IR表征。     

高原型玫瑰花染料敏化太阳能电池的研究

文中采用酸、碱及中性溶液从高原型玫瑰花中提取色素制成染料敏化太阳能电池所需的染料。通过对提取出的高原型玫瑰花染料用于敏化太阳能电池后进行光电性能测试和量子效率测试,得到在一定的条件下提取的高原型玫瑰花染料用于敏化太阳能电池获得0.26%的光电转换效率。     

染料敏化太阳能电池的研究

采用N719作为染料,并对比采用I2、KI及分别添加叔丁基吡啶（TBP）,1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐（DMPⅡ）和Guanidine Thiocyanate（GUSCN）作为电解质,采用AB胶及光固化无影胶进行封装,以太阳光模拟器作为光源用电化学工作站测曲线数据,找出提高光电转换效率的条件。利用电化学工作站测试添加三种不同电解质的电池效率可知,添加TBP或是添加DMPⅡ和GUSCN的效率都比只含I2和KI的效率高,分别相对高6.75和50.28,且添加DMPⅡ和GUSCN后的效率比添加TBP的效率相对高40.77。封装方面根据染料敏化纳米晶太阳能电池的密封要求,当采用无影胶进行封装,密封性能、耐溶剂性较好,可能满足生产要求。     

染料敏化太阳电池电极工艺的比较研究

研究了以水热法和商业P25纳米氧化钛粉两种典型的工艺制备染料敏化太阳电池(the dye-sensitized nanocrystalline solar cell,简称DSSC电池),并对两种溶胶和电极特性进行了表征和分析,结合两种溶胶特性的测试,从溶胶颗粒大小、孔径和光学特性方面分析了溶胶特性对电池光电转换效率的影响.结果表明无论是从效率还是从成本方面考虑,以P25粉制备的DSSC电池都占据优势,为将来DSSC电池产业化采取何种工艺提供了一定的参考.     

基于位阻效应调控的D- A-π- A型三苯胺敏化染料的设计与性能研究

纯有机敏化染料分子结构,特别是染料分子的平面性变化能够有效调控分子的多种性能.将具有不同位阻效应的甲氧基和羟基基团分别引入到染料分子中,合成了具有D-A-π-A结构的敏化染料CS-75和CS-76,并对其结构和性能进行了深入研究.结果表明,具有较小位阻效应基团的CS-76的平面性更强,其产生较强的H-聚集导致荧光寿命和电子注入效率均低于CS-75,基于CS-76的电池器件的光电转换效率也较低.这项工作为纯有机敏化染料的分子设计提供参考.     

ZnOS三元合金晶体结构与电子性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论下的VASP软件包详细研究了三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能、电子性质以及能带弯曲因子随S组分x的变化关系,并计算了三元合金的带隙弯曲参数.采用AM05XC泛函对结构参数进行优化,带隙修正采用了LDA-1/2的计算方法.结果表明:随着S浓度x的增加,三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能量均呈现出线性递增的关系,而禁带宽度以及价带宽度出现弯曲性质,这跟三元合金ZnO1-xSx的固溶度相关.从导带底到价带顶的光跃迁出现在Γ点,影响价带顶和导带底的价电子分别是S的3p态和Zn的4S态.     

染料敏化太阳电池光阳极修饰的机理研究

为改善染料敏化太阳电池(DSC)的光电性能,采用TiO2溶胶以3种不同方式修饰DSC的光阳极.采用强度调制光电流/光电压谱(IMPS/IMVS)技术研究了溶胶修饰对电子传输与复合特性的影响.在等效电路的基础上采用数值拟合方法对系统电阻Rs及并联电阻Rsh进行计算.结果表明:溶胶修饰光阳极有效地增大了电子寿命τn,缩短了电子传输平均时间τd,增大了光生电荷电量Qoc,提高了电子收集效率ηc.溶胶修饰后DSC等效电路中Rs减小,Rsh增大.研究表明,溶胶修饰有效地改善了光生电子的产生、注入、传输以及收集性能,提高了DSC效率.     

三联苯及其取代物荧光性能的量子化学研究

采用量子化学半经验方法AM1对3种三联苯类化合物进行了理论研究,对探索新型联苯类液晶材料以及一些重要聚合物的基本原料的分子提供了一种新的研究方法.对各种化合物的构型优化表明,分子具有较大的离域π键,但不是一个完全的平面结构,三个苯环之间具有一定的扭转角度.对优化后的构型进行振动分析,其最小振动频率分别为:52.87,32.23,27.55cm-1,均未出现虚频率.三种化合物的HOMO和LUMO之间的能量差△E分别为:8.341,8.112,8.166eV,△E较小,离域电子容易激发.在此基础上,用CIS方法分别计算了它们的荧光光谱,所的结果与实验值基本符合.     

微波影响染料在牙本质渗入深度的实验研究

探讨微波对牙本质通透性的作用,研究微波治疗牙本质过敏症的机理。结果表明:20,30,60 W功率微波加N aF与单纯的N aF对照,颜料在牙本质渗入深度无显著性差异(P>0.05),说明微波对离体牙牙本质通透性无改变作用。     

平行苯环和夹心小基团体系间电荷转移的研究

利用密度泛函理论(DFT)对两苯环和夹心小基团NO、H2O和NH+4的体系进行了电荷转移研究.通过改变两苯环间距获得不同体系的能量和平衡几何构型.在模型A和模型C中当两苯环间距分别为0.60和0.58nm时有最大稳定化能,电荷转移显著.模型B中两苯环间距为0.53nm时有最大稳定化能,但电荷转移不显著.电子转移矩阵元Vrp在B3LYP 6-31G 水平用Koopmans理论计算.在模型A中随着两苯环间距增大,Vrp随之增大.Vrp在模型C的变化趋势与模型A的正好相反.在模型B中随着两苯环间距增大,Vrp先增大后减小.     

乙烯砜型活性染料水解率模型的研究

研究了乙烯砜型活性染料的水解反应,且将水解反应简化为一级串行反应,并建立了水解率动力学模型.以C.I.活性蓝19为例,测定了该染料在温度为50℃和pH值为10条件下的水解速率常数,并在该条件下利用建立的水解率动力学模型计算不同时刻下活性染料的水解率,并与实际测得的水解率进行比较.实验结果表明,理论分析与实际相吻合.     

染料分子与牛血清蛋白相互作用的研究

应用定量结构-性质关系技术,通过对染料分子与牛血清蛋白的增强共振散射光谱的分析,研究了它们之间的相互作用.经过遗传算法对染料分子结构描述符的筛选,针对最大散射波长及其强度,分别采用了3个及6个染料分子结构描述符建立了两个定量结构-性质关系模型,进而推测染料分子与牛血清蛋白主要为分子间非化学键作用,染料分子被吸附于牛血清蛋白的表面.     

氮掺杂二氧化钛纳米管对染料废水的光催化降解性能

采用水热方法制备氮掺杂的二氧化钛纳米管(N-TiO2)光催化剂并进行光催化降解染料废水实验.结果表明:通过水热法可以制备出结构有序、排列均匀的二氧化钛纳米管;分别用不同体积分数的甲胺、丁胺水溶液为氮源对二氧化钛纳米管进行掺杂,发现用丁胺水溶液[V(丁胺)∶V(水)=1∶3]为氮源的氮掺杂二氧化钛催化剂,当煅烧温度为500℃时,在模拟太阳光下对玫瑰红染料废水的降解率最高,可以达到98%,表明N-TiO2催化剂对玫瑰红染料废水具有较好的光催化效果.     

利用计算化学手段推进电子密度概念在有机化学反应中的应用

针对有机化学的教学特点,结合现代化学的发展,基于计算化学相关理论强调了电子密度概念在有机化学基本反应中的重要性.通过处理计算化学程序的输出结果,得到了有机分子的轨道电子密度图,为有机化学的教学提供了有益的帮助.