● 摘要
作为第三代新型太阳能电池，染料敏化太阳能电池（DSSCs）具有成本低廉、制作工艺简单等优点成为各国研究的重点。光敏染料是影响DSSCs效率的核心，担负着捕获光子，向TiO2导带注入电子等作用，是DSSCs研究的重点内容。纯有机光敏染料通常为D-π-A结构。一些富电子单元因其优良的电子传输能力（如呋喃、低聚噻吩及其衍生物等）被作为分子的π共轭桥链使用。但将一些多杂原子单元引入π共轭桥链中却鲜有文献报道，为了探索多杂原子在共轭桥链中的作用和对光电转化效率的影响，本论文将嘧啶单元和苯并噁唑单元引入π共轭桥链中，设计并合成了四个新型光敏染料Z500、Z980、Z1020、Z612，研究了它们的光物理、电化学及光伏性能，主要研究内容如下：
1. 以三苯胺、尿素等化合物为原料，经溴代、低温硼酸化、Suzuki偶联、重氮化、缩环、环氧化、甲酰化、碘代和Knoevenagel缩合等经典反应合成了四个结构新颖的多杂原子桥链光敏染料，通过质谱、氢谱、碳谱等分析方法对这些光敏染料及中间体结构进行了确认。
2. 对染料的光物理及电化学性质进行了测试，探讨了多杂原子共轭环桥链的引入对染料光物理及电化学的影响。Uv-vis光谱表明，嘧啶单元可以拓宽染料的吸光范围，苯并噁唑单元使染料的吸光范围变窄，两者均能增强摩尔消光系数。经电化学性质分析，四种染料的HOMO、LUMO能级均匹配于TiO2导带能级和I-/I3-氧化还原电位，满足光敏染料能级要求。
3. 密度泛函理论计算表明，嘧啶单元或苯并噁唑单元的引入导致桥链之间的二面角趋于零度，接近共平面；嘧啶单元和苯并噁唑单元的引入均降低了染料HOMO-LUMO能级带隙；染料Z1020的电子云分布不利于光照后电子从供体向受体转移。含时-密度泛函理论计算本课题组合成的一系列不同π桥链染料在最大吸收波长处HOMO-LUMO能级跃迁概率，分别为Z500（22%）、Z980（35%）、Z1020（6%）、ST-2（32%）、AZ1（17%）、AZ6（32%）。
4. 染料光伏性能研究表明将多杂原子共轭桥链与供体相连，DSSCs的开路电压（Voc）与短路电流密度（Jsc）均降低，光电转换效率（PCE）降低。当供体引入环状硫脲功能团后，其DSSCs的开路电压（Voc）与短路电流密度（Jsc）均有提高，其中Z980光伏性能最好，Jsc = 9.75 mA·cm-2、Voc = 0.68 V、FF = 0.72，PCE = 4.77%。
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