● 摘要
随着石化能源的消耗及其带来的环境问题，可再生能源的开发利用受到越来越多的关注。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，已成为缓解能源危机最值得开发的能源之一。太阳能电池作为有效利用太阳能的方式之一，其研究受到世界各国的重视。染料敏化太阳能电池（DSSCs）作为一种新型太阳能电池， 由于其稳定性好、价格低廉和效率较高而受到广泛关注。在DSSCs中，染料敏化剂的作用是吸收太阳光，产生光电子，并将光电子注入到纳米半导体导带中，同时生成的氧化态染料又能快速从电解液中的氧化还原电对I3-/I-上得到电子而还原再生。因此，染料敏化剂是影响DSSCs光电转化效率的重要因素之一，也是当前DSSCs的研究热点。与金属络合物染料相比，纯有机光敏染料由于具有成本低、摩尔消光系数高和设计灵活等优点被广泛关注。
在纯有机光敏染料D-π-A结构中，研究集中在修饰D或π结构来提高光电转化效率。本论文设计合成了三个结构新颖的纯有机光敏染料TD3~TD5，以三苯胺作为电子供体，氰基乙酸作为电子受体，乙烯基烷基取代联噻吩作为π共轭桥链，通过烷基链的引入以期可以有效抑制染料分子在纳米半导体表面的团聚，进而提高光电转化效率。主要研究内容如下：
1. 参照文献方法合成了参比染料TD1、TD2以及TC105。详细研究了反应中的条件，优化了合成方法，合成总收率分别为11.4%、12.6%、35.4%，目标产物结构经核磁共振、质谱和傅立叶变换红外光谱鉴定与文献一致。
2. 以三苯胺，3-己基噻吩，3-乙基噻吩等为原料，经过Vilsmeier、还原、NBS溴代、Wittig以及Knoevenagel缩合等反应，合成了三种新型纯有机染料TD3~TD5，合成总收率分别为10.2%、10.0%、7.8%，产物结构经核磁共振、质谱和傅立叶变换红外光谱鉴定，并探讨了合成过程中的反应机理和影响因素。
3. 对染料的光物理和电化学性质进行了测试，关联了延长π共轭桥链、桥链上引入烷基链及烷基链的长短对染料光物理和电化学的影响。紫外-可见光谱分析表明，染料分子π共轭桥链的延长，使其吸光范围拓宽了30~50 nm；由电化学性能分析可知，染料TD3~TD5的HOMO和LUMO能级均能与TiO2能级很好的匹配，满足了作为有效光敏染料的能级要求。
4. 通过对染料TD1~TD4、TC105和N719的光伏性能测试，结果表明，引入烷基链使短路电流密度和开路电压分别提高了约2 mA cm-2和70 mV，光电转化效率提高了约25%。其中TD3以己基取代的联噻吩作为π共轭桥链，表现出最大的光电转化效率6.78%，达到了相同条件下N719（7.64%）光电转化效率的88.7%。