含苯并噻二唑的吩噻嗪染料分子的设计合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

设计合成了三种含苯并噻二唑的吩噻嗪类有机染料光敏剂JY50~JY52,在对其光物理和电化学性质进行研究的基础上,使用三种染料对纳米TiO₂电极进行敏化制备太阳能电池器件,并系统研究了其光电转化效率及电荷传输阻抗等光伏特性.研究结果表明,在染料分子中引入共轭基团有助于其摩尔吸光系数的提升,从而提升光电流.两个长烷基链的引入能够有效地抑制染料分子激发态电子在TiO₂光阳极表面的电子复合,从而提升其电子注入效率.其中,在AM 1.5（100 mW·cm^-2）的模拟光强下,基于碘电解质的染料JY51电池器件获得了7.61%的光电转化效率.     

基于苯并噻二唑的菁染料敏化剂的合成与光伏性能研究

两个新型的基于三苯胺苯并噻二唑的菁染料(I～II)通过含有该单元的苯并[e]吲哚啉乙醛和1,1,2-三甲基-3-丁 基-5-羧基-3H-吲哚碘盐的Knoevenagel缩合反应合成, 其结构用核磁和高分辨质谱进行了表征|对两个菁染料敏化剂的光物理、电化学性能和太阳能电池的光伏性能进行了系统研究. 在AM1.5G标准光源下, 两个染料的最高入射单色光子-电子转化效率值(IPCE值)均超过57%, 其光电转换效率分别为2.59%和3.28%.     

苯并噻二唑衍生物作为铆接基团提高染料敏化太阳能电池效率

This work describes the characteristics of benzobisthiadiazole analogues with different heteroatom substitution patterns as electronwithdrawing anchoring groups in dye-sensitized solar cells (DSSCs). In order to provide a systematic analysis of the effect of the designed anchoring groups, the widely used anchor cyanoacrylic acid was used as the reference. Theoretical calculations show that the newly designed anchors are capable of displaying a decent level of light absorption covering the entire visible range up to the near-IR region of 1000 nm. More importantly, an ultrafast electron injection is observed from the dyes SPN and SPS into the TiO₂ surface. The quantum dynamics of the interfacial electron transfer (IET) reveal that SPN and SPS anchors provide efficient IET performance. About 90% of the electron injection occurs in the first 15 fs, and is complete after ~100 fs. Furthermore, the pathway of electron injection is direct, leading to very efficient transfer of the wavepacket through the TiO₂ semiconductor. Therefore, the performances of both the anchors, SPN and SPS, are equivalent and even superior to that of cyanoacrylic acid. These findings are important in the context of providing guidelines for the design of metal-free organic dye sensitizers for high efficient DSSCs.     

含苯并噻二唑的二维有机染料的合成与光伏性能研究

通过引入烷基二噻吩苯并噻二唑窄带隙基元到D-π-A有机染料体系中,设计并合成了两种二维结构的有机染料DD2和DH2,系统地研究了以烷基二噻吩苯并噻二唑基元作为侧基或桥联基元对染料敏化剂的光物理性能、电化学性能和光伏性能的影响.含有烷基二噻吩苯并噻二唑基元的这两种染料都具有较宽的吸收光谱.在氙灯光源(100mW?cm-2,AM 1.5 G)下,基于有机染料DH2和DD2的染料敏化太阳能电池的能量转换效率分别为1.67%和3.26%.采用鹅去氧胆酸(CDCA)共吸附剂优化后,染料DH2表现出较好的抗聚集能力,能量转换效率几乎没有变化;而DD2的能量转换效率提高到了5.53%.     

染料敏化的TiO2纳米晶多孔膜的性质及其光电转换

纳米材料由于粒径小而具有许多特殊的不同于块体材料的性质。用纳米技术制成ＴｉＯ２纳米晶多孔膜,能作为良好的光电转换的基质。通过选择合适的敏化染料,能达到很高的光电转换效率。本文介绍光电转换的原理,ＴｉＯ２纳米晶多孔膜的性质与制备及敏化染料的特性。     

染料敏化太阳电池电解质

染料敏化太阳电池是新一代的太阳电池,有着巨大的应用前景。其中电解质体系是电池组成的主要部分,对电池的性能有着重要的影响。本文介绍了染料敏化太阳电池的基本原理,详细评述了近几年国内外学者对染料敏化太阳电池用电解质体系的研究进展情况,根据电解质的存在状态将其分为液态、准固态和固态三大类并逐一进行介绍,最后对该领域的前景进行了展望。     

不同受体结构染料共敏化对染料敏化太阳电池性能的影响

为了拓宽染料敏化太阳电池对太阳光谱的响应范围,提高电池的光电转换效率,将两种含有不同受体结构（绕丹宁-3-乙酸基（RA）和氰基丙烯酸基（CA））的三苯胺染料（TR1和TC1）进行共敏化。TR1染料平伏吸附在TiO₂表面,而TC1染料直立吸附在TiO₂表面。将两种染料按照不同摩尔比共敏化TiO₂后,TC1占据TR1的部分位置,拓展光谱的同时也抑制了电荷复合,电子寿命较TR1敏化的太阳电池长。在TR1与TC1摩尔比为5：5的共敏剂溶液敏化的共敏电池器件中,短路光电流密度（J_sc）为11.7 mA/cm²,开路电压（V_oc）为704 mV,填充因子（FF）为0.73,光电转换效率（η）为6.03%。该结果明显优于单一染料敏化的电池器件。     

具有推拉电子结构卟啉染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

将N,N’-二-(9,9’-二己基芴)胺作为电子供体引入具有推拉电子结构的卟啉染料中,设计合成了2个新的染料敏化太阳能电池(DSSCs)敏化剂WP-1和WP-2。利用核磁共振氢谱和高分辨质谱对染料结构进行了表征。测试了染料的紫外-可见吸收光谱。将其应用于染料敏化太阳能电池中,在模拟太阳光(100×10-3W/cm2)照射下,染料WP-1和WP-2敏化电池的能量转换效率分别达到了4.01%和7.07%。WP-2敏化的电池封装后经自然光照射500 h后,光电效率仍能维持在初始效率的98%以上。说明N,N’-二-(9,9’-二己基芴)胺作为电子供体,很适合推拉电子结构的卟啉染料。不仅丰富了用于卟啉染料的电子供体的种类,也为进一步将二芴胺衍生物引入到卟啉染料中的研究奠定了基础。     

有机染料及其在染料敏化太阳电池中的应用

在染料敏化太阳电池中,染料敏化剂分成无机染料与有机染料两大类。无机染料受稀有金属钌的制约而成本较高,开发有机染料是降低染料敏化太阳电池成本的有效手段,成为目前研究的热点。本文从有机染料敏化剂的分子设计入手,简述了染料敏化太阳电池中有机染料敏化剂的基本结构,将有机染料敏化剂分为吲哚啉类染料、香豆素类染料、三苯胺类染料、菁...     

染料敏化纳米薄膜太阳电池中的染料敏化剂

简要介绍了化学太阳电池的原理和染料敏化剂的发展历史,将现有染料敏化纳米薄膜太阳电池(简称DSCs)中的染料敏化剂分为有机和无机两大类,详细介绍了其中的羧酸多吡啶钌、膦酸多吡啶钌、多核联吡啶钌染料和有机染料的研究进展;介绍了其它染料敏化剂和多种染料协同敏化的研究现状;评述了染料敏化剂在染料敏化纳米薄膜太阳电池中应用的研究进展。     

新型可溶性铜酞菁染料敏化剂的合成

利用单甲酰基四-α-(2,4-二甲基-3-戊氧基)铜酞菁和含有羧基的活性亚甲基化合物的Knoevenagel缩合反应,合成了三种含羧基的铜酞菁染料敏化剂,并用红外、紫外、质谱等方法对其结构和性能进行了表征和测试。研究结果表明,三种化合物均具有好的溶解性。     

基于氟代喹喔啉D-A型共轭聚合物的合成及其光电性能

分别以噻吩、联二噻吩和三联噻吩为给体单元,氟代噻吩基喹喔啉为受体单元,通过Stille反应合成了三种新型的聚合物太阳电池材料（PT-TFQ, PTT-TFQ和PTTT-TFQ）,其结构经¹H NMR表征。研究了不同给电子能力的结构单元对其UV-Vis谱光谱、电化学性质以及光伏性能的影响。结果表明,PT-TFQ, PTT-TFQ和PTTT-TFQ氯仿溶液的最大吸收峰分别位于545 nm, 578 nm和649 nm,而薄膜的最大吸收峰相对于溶液的吸收峰分别红移了81 nm, 97 nm和44 nm; PT-TFQ, PTT-TFQ和PTTT-TFQ的开路电压依次降低,分别为0.86 V, 0.60 V和0.50 V;基于三者的器件效率分别为3.19%, 3.10%和2.63%。     

Polymerizable AEE-active Dye with Optical Activity for Fluorescent Nanoparticles Based on Phenothiazine:Synthesis,Self-assembly and Biological Imaging

In consideration of various advantages such as less harm,higher sensitivity,and deeper imaging depth,etc.,AIE materials with long-wave emission are attracting extensive attention in the fields of vascular visualization,organelle imaging,cells tracker,forensic detection,bioprobe and chemosensor,etc.In this work,a novel fluorescent (R)-PVHMA monomer with chirality and aggregation-induced emission enhancement (AEE) characteristics was acquired through enzymatic transesterification reaction basing on phenothiazine,and its[α]D25℃ value was about-6.39° with a 3.08 eV bandgap calculated by the quantum calculations.Afterwards,a series of PEG-PVH1 and PEG-PVH2 copolymers with chirality feature were achieved through RAFT polymerization of the obtained (R)-PVHMA and PEGMA with various feed ratios.When the feed molar ratio of (R)-PVHMA increased from 21.5％ to 29.6％,its actual molar fractions in the PEG-PVH1 and PEG-PVH2 copolymers accordingly increased from 18.1％ to 25.7％.The molecular weight of PEG-PVH 1 was about 2.2× 104 with a narrow PDI,and their kinetics estimation showed a first-order quasilinear procedure.In aqueous solution,the amphiphilic copolymers PEG-PVH could self-assemble into about 100 nm nano-particles.In a 90％ water solution of H2O and THF mixture,the fluorescence intensity had the maximum value,and the emission wavelength presented at 580 and 630 nm.The investigation of cytotoxicity and cells uptake showed that PEG-PVH FONs performed outstanding biocompatibility and excellent cells absorption effects,which have great potential in bioimaging application.     

一种基于咔唑的新型磷光主体材料的合成及光电性能

设计并合成了一种基于咔唑的新型的磷光主体材料, 即9-(6-(9-咔唑基)己基)咔唑(hCP), 对其结构及性能进行了表征. 研究结果表明: hCP分子中两个咔唑与烷基链是非共平面的, 由于长烷基链的缠绕, 因而具有较高的三线态能级(3.01 eV)和较高的玻璃化温度(93℃); 以hCP为主体材料, 与绿光磷光染料三(2-苯基吡啶)合铱(Ir(ppy)₃)掺杂作为发光层, 制备了磷光电致发光器件, 其器件的最大电流效率为15.1 cd·A^-1, 相对于4,4'-N,N'-二咔唑基联苯(CBP)为主体材料的参考器件, 显著提高了34.8%.     

Ethynylene‐Linked Oligomers Based on Benzodithiophene: Synthesis and Photoelectric Properties

Two conjugated ethynyl‐linked oligomers, oligo(benzodithiophene‐ethynylene‐benzothiadiazole) (O1) and oligo(benzodithiophene‐ethynylene‐carbazole) (O2), were synthesized by Sonogashira coupling reaction. Their degrees of polymerization were 7 and 10, respectively. Their photophysical and electrochemical properties were investigated. O1 exhibitd two strong absorption bands at 404 nm and 483 nm, and O2 at 401 nm and 429 nm. The results of UV‐Vis, cyclic voltammetry (CV) and theoretical calculations showed that O1 has a narrower band gap than O2. The conductivities of O1 and O2 were 1.05×10^?15 and 6.98×10^?16 S/cm, respectively, and would increase to 1.23×10^?10 and 1.05×10^?10 S/cm after doping with iodine.     

两种吩噻嗪衍生物的合成，光学性质及其电化学性质

The synthesis, luminescence and electrochemical properties of two novel phenothiazine derivatives were presented, which exhibit good one-photon fluorescence emission. The quantum yields and solvent effects of them were studied in detail. Compound 3,7-bis（2-4＇-imidazolylbenzylidenehydrazonoethyl）-（0-ethylphenothiazine） （5） was used as an effective initiator, of which two-photon fluorescence spectra were investigated under 800 nm fs laser pulse and the measured two-photon absorption cross-section was 18 × 10^-50 cm^4·s per photon. Two-photon initiated polymerization microfabrication experiments were carried out. X-ray diffraction analyses revealed that the shape of the compound 3,7-bis（2-pyrid-4＇-ylmethylidenehydrazonoethyl）-（0-ethylphenothiazine） （4） looks like a butterfly with nearly planar wings. The dihedral angle of the two benzene rings is 37.6° and there is an obvious π-π stacking interaction between the molecules in the crystal.     

有机染料敏化剂JK16和JK17的几何结构、电子结构及相关性质

运用密度泛函理论中的杂化泛函B3LYP研究了高效太阳能电池新型染料敏化剂JK16和JK17的几何结构、电子结构、极化率和超极化率, 并用含时密度泛函理论(TDDFT)研究了电子吸收谱. 基于含时密度泛函理论计算结果和实验结果的定性符合, 指认了在可见和近紫外区的吸收属于π→π*跃迁. 计算结果还表明JK16和JK17激发能最低的三个跃迁都与光诱导电荷转移过程有关, 而且二-二甲基芴氨基苯并噻吩基团对光电转换过程的敏化起主要作用, 发生于染料敏化剂JK16、JK17和TiO2界面之间的电荷转移是由染料分子激发态向半导体导带的电子注入过程. 此外, 通过对JK16和JK17的比较, 分析了亚乙烯基对几何结构、电子结构和谱学特性的影响.     

一种含氧供电基团的染料合成及其光伏性能

以对溴苯酚为原料,经碘丁烷的烷基化后,与硼酸三甲酯反应生成对丁氧基苯硼酸.环戊二噻吩经N-溴代丁二酰亚胺(NBS)的溴化和Vilsmeier-Haack反应,再与对丁氧基苯硼酸偶联、氰基乙酸缩合,生成目标化合物环戊二噻吩基光敏染料(L1).该化合物是一种以含氧基团为给体,环戊二噻吩作为共轭桥的有机染料,将其制备成有机染料敏化太阳能电池,在AM 1.5,100 mW/cm2的光强下,电池的单色光的光电转换效率(IPCE)值达到62%,开路电压(Voc)为535mV,短路电流密度(Jsc)为6.4mA·cm-2,填充因子(FF)为0.60,总光电转换效率为2.1%.     

基于苯甲酸受体的咔唑染料敏化剂的合成和光电性能

选择N-正丁基咔唑作为电子给体,芴酮作为桥键,苯甲酸作为受体,通过桥键芴酮与给体和受体连接位置的改变,设计合成了两个咔唑染料4-(6-(N-正丁基咔唑-3-基)-9-氧-9H-芴-3-基)苯甲酸(HXL-3W)和4-(7-(N-正丁基咔唑-3-基)-9-氧-9H-芴-2-基)苯甲酸(HXL-4Z).对咔唑染料的光谱性能、电化学性能和光电转换性能进行了研究,并运用密度泛函理论(DFT)方法对其几何结构和紫外-可见光谱进行了优化计算.结果表明, HXL-4Z的吸收光谱呈现两个明显的π→π^*跃迁吸收峰和一个较小的对应于分子内电荷转移的吸收峰,而HXL-3W的吸收光谱则仅呈现一个π→π^*跃迁吸收峰,且摩尔吸光系数远小于HXL-4Z.可能是HXL-3W分子结构中给体和受体距离较近,张力较大,导致较差的分子平面性和分子内电荷转移.因而HXL-4Z的光吸收能力和电子注入效率较优,从而具有较好的光电转换效率(2.03%) (短路电流(J_SC) = 3.88 mA·cm^-2,开路电压(V_OC) = 700 mV,填充因子(FF) = 0.75).     

2,6-位取代的BODIPY染料敏化剂的合成及其性能

设计合成了3种新型基于氟化硼络合二吡咯甲川(BODIPY)衍生物的D-π-A型光敏染料CB1~3,其结构为:BODIPY核为桥联基团、N-苯基咔唑以不同位点连接BODIPY的2-位作为电子给体单元、氰乙酸连接于BODIPY的6-位作为电子受体单元。运用1H,13C NMR以及MALDI-TOF-MS对所合成的染料CB1-CB3进行了结构表征和确证。对3种染料CB1~CB3进行了UV-Vis和荧光等光物理特性、电化学行为、光伏性能研究,并通过DFT理论计算深入研究了其分子的几何结构与性能之间的关系。3种染料的吸收光谱主要位于420~600 nm 波段,LUMO能级在3.7 eV左右,HOMO能级在5.2 eV左右。N-苯基咔唑2-位与BODIPY相连的CB2,因更平整的分子结构和更为适合的共轭长度,具有更为优良的光谱吸收和分子内电荷迁移性能,因而表现出良好的光伏性能:在AM1.5(100 mW·cm^-2)的光强下,CB2敏化电池的开路电压(V_oc)为550 mV,电流密度(J_sc)为3.71 mA· cm^-2,填充因子(FF)为0.73,总光电转换效率(PCE)为1.49%。