本論文設計合成出三個 D-π-A 型式的有機雙極性染料（DM132、DM141、DM157），接上三苯胺（triarylamine）作為推電子端，羧酸根或氰基丙烯酸根作為拉電子端和錨固基團，中間以 thieno[3,2-b]thiophene（TT）接上1,3-環己二烯或苯環作為共軛片段，連結推拉電子基團。針對三個染料的物理性質及電化學性質，利用紫外光-可見光吸收光譜、螢光放射光譜和循環伏特安培法進行詳細的探討。
同時將其製作成染料敏化太陽能電池的元件，利用 AM 1.5 irradiation（100 mW/cm2）太陽光模擬進行效能測試。
在 AM 1.5 irradiation（100 mW/cm2）效能測試結果顯示，DM141 具有最佳的光電轉換效率 η = 2.86%（Jsc = 7.63 mA/cm2、Voc = 608 mV、ff = 0.62），而含有 1,3-環己二烯基團的 DM132 為 η = 1.37%，效果不如預期推測可能原因是：電荷分離效果不明顯、電子再結合速度過快、染料之間堆疊嚴重，導致整體效率下降。透過本論文對於染料結構和電池效能之間相關性的研究，希望未來能設計出更高效能的光吸收染料。

Three new organic dipolar D-π-A dyes（DM132, DM141, DM157）with triarylamine as the electron donor, carboxylic acid or cyanoacrylic acid as an electron acceptor as well as an anchoring group, connected with thieno[3,2-b]thiophene and a π-conjugated spacer 1,3-cyclohexdiene or phenyl between the electron donor and acceptor. The photophysical and electrochemical properties of the three dyes were studied in details by UV/ Vis, fluorescence spectroscopy, and cyclic voltammetry.
The cell performances of cells assembled from these light-harvesting dyes have been evaluated using the AM 1.5 simulated solar light.
The results showed that DM141 has the best power conversion efficiency of 2.86 %（Jsc = 7.63 mA/cm2, Voc = 608 mV, ff = 0.62）under AM 1.5 irradiation（100 mW/cm2）whereas DM132（η= 1.37%）with 1,3-cyclohexdiene moiety within the π-framework was not as effective as expected perhaps due to non-effective charge separation, fast charge recombination and aggregation, which leads a low overall efficiency. A general correlation between the structural factors and the cell performances are currently under investigation aiming to provide a guideline for future design of high performance light-harvesting dyes.

1.Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338.
2.Chapin, D. M.; Fuller, C. S.; Pearson, G. L. J. Appl. Phys. 1954, 25, 676.
3.Dai, S. Y.; Wang, K. J.; Wu, QC.; Wang, Y., Acta. Energiae Solaris Sinica. 1997, 28, 228.
4.Williams, R. J. Chem. Phys. 1960, 32, 1505.
5.Hurd, F.; Livingston, R. J. Phys. Chem. 1940, 44, 865.
6.(a) Oster, G.; Bellin, J. S.; Kimball, R. K.; Schrader, M. E. J. Am. Chem. Soc. 1959, 81, 5095. (b) Chaberek, S.; Shepp, A.; Allen, R. J. J. Phys. Chem. 1965, 69, 641. (c) Chaberek, S.; Shepp, A.; Allen, R. J. J. Phys. Chem. 1965, 69, 647.
7.Chaberek, S.; Sheep, A.; Allen, J. J. Am. Chem. Soc. 1967, 89, 5456.
8.Tsubimur, H.; Mastsumura, M.; Nomura, Y.; Amamiya, T. Nature 1976, 261, 402.
9.Regan, B. O.; Grätzel, M. Nature 1991, 343, 737.
10.Nazeeruddin, M. K.; DeAngelis, F.; Fantacci, S.; Selloni, A.; Viscardi, G.; Liska, P.; Ito, S.; Takeru, B.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16835.
11.Yella, A.; Lee, H.-W.; Tsao, H. –N.; Yi, C.; Chandiran, A. K.; Nazeeruddin, M. K.; Diau, W. G.; Yeh, C. Y.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. Science 2011, 334, 629.
12.(a) Maine, J. A.; Phani, G.; Bell, J. M.; Skryabin, I. L. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2005, 87, 133. (b) Yoo, B.; Kim, K.; Lee, D.-K.; Ko, M. J.; Lee,H.; Kim, Y. H.; Kim, W. M.; Park, N.-G. J. Mater. Chem. 2010, 20, 4392.
13.Tennakone, K.; Kumara, G. R. R.; Kottegoda, I. R. M.; Perera, V. S. P. Chem. Commun. 1999, 15.
14.Zhang, D.; Yoshida, T.; Minoura, H. Adv. Mater. 2003, 15, 814.
15.Martinson, A. B. F.; Hamann, T. W.; Pellin, M. J.; Hupp, J. T. Chem. Eur. J. 2008, 14, 4458.
16.Nazeeruddin, M. K.; Kay, A.; Rodicio, L.; Humphry-Baker, R.; Muller, E.; Liska, P.; Vlachopoulos, N.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6382.
17.Nazeeruddin, M. K.; Zakeeruddin, S. M.; Humphry-Baker, R.; Jirousek, M.; Liska, P.; Vlachopoulos, N.; Shklover, V.; Fischer, C. H.; Grätzel, M. Inorg. Chem. 1999, 38, 6298.
18.Nazeeruddin, M. K.; Pechy, P.; Grätzel, M. Chem. Commun. 1997, 1705.
19.(a) Finnie, K.; Bartiett, J.; Woolfrey. Langmuir 1998, 14, 2744. (b) Sayama, K.; Sugihara, H.; Arakawa, H. Chem. Mater. 1998, 10, 3825.
20.Wu, C. G.; Zakeeruddin,S. M.; Grätzel, M. ACS Nano 2009, 3, 3103.
21.Hara, K.; Sayama, K.; Ohga, Y.; Shinpo, A.; Suga, S.; Arakawa, H. Chem. Commun. 2001, 569.
22.Hara, K.; Kurashige, M.; Dan-oh, Y.; Kasad, C.; Shinpo, A.; Suga, S.; Sayama, K.; Arakawa, H. New J. Chem. 2003, 27, 783.
23.(a) Zeng, W.; Cao, Y.; Bai, Y.; Wang, Y.; Shi, Y.; Wang, P. Chem Mater 2010, 22, 1915. ; (b) Zhang, G.; Bala, H.; Cheng, Y.; Shi, D.; Lv, X.; Wang, P. Chem Commun. 2009, 2198.
24.Seo, K. D.; Song, H. M.; Lee, M. J.; Pastore, M.; Anselmi, C.; Angelis, F. D.; Nazeeruddin, M. K.; Gräetzel, M.; Kim, H. K. Dyes and Pigments 2011, 90, 304.
25.Seo, K. D.; Choi, I. T.; Park, Y.G.; Kang, S.; Lee, J. Y.; Kim, H. K. Dyes and Pigments 2012, 94, 469.
26.(a) Hara, K.; Dan-oh, Y.; Kasada, C.; Ohga, Y.; Shinpo, A.; Suga, S.; Sayama, K.; Arakawa, H. Langmuir 2004, 20, 4205.; (b) Wang, Z.-S.; Cui, Y.; Dan-oh, Y.; Kasada, C.; Shinpo, A.; Hara, K. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 7224.
27.Horiuchi, T.; Miura, H.; Uchida, S. Chem. Commun. 2003, 3036.
28.Ito, S.; Zakeeruddin, S. M.; Humphry-Baker, R.; Liska, P.; Charvet, R.; Comte, P.; Nazeeruddin, M. K.; Pechy, P.; Takata, M.; Miura, H.; Uchida, S.; Grätzel, M. Adv. Mater. 2006, 18, 1202.
29.Ito, S.; Miura, H.; Uchida, S.; Takata, M.; Sumioka, K.; Liska, P.; Comte, P.; Pechy, P.; Grätzel, M. Chem. Commun. 2008, 5194.
30.Zhu, W.; Wu, Y.; Wang, S.; Li, W.; Li, X.; Chen, L.; Wang, Z. S.; Tian, H. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 756.
31.Wu, Y.; Marszalek, M.; Zakeeruddin, S. M.; Zhang, Q.; Tian, H.; Grätzel, M.; Zhu, W. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8261.
32.Li, W.; Wu, Y.; Zhang, Q.; Tian, H.; Zhu, W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 1822.
33.Kim, D.; Lee, J. K.; Kang, S. O.; Ko, J. Tetrahedron 2007, 63, 1913.
34.Wang, Z.-S.; Koumura, N.; Cui, Y.; Takahashi, M.; Sekiguchi, H.; Mori, A.; Kubo, T.; Furube, A.; Hara, K. Chem. Mater. 2008, 20, 3993.
35.Chen, C.; Liao, J. Y.; Chi, Z.; Xu, B., Zhang, X.; Kuang, D. B.; Zhang, Y.; Liu, S.; Xu, J. J. Mater. Chem. 2012, 22, 8994.
36.Kitamura, T.; Ikeda, M.; Shigaki, K.; Inoue, T.; Anderson, N. A.; Ai, X.; Lian, T. Q.; Yanagida, S. Chem. Mater. 2004, 16, 1806.
37.(a) Ohshita, J. Macromol. Chem. Phys. 2009, 210, 1360. (b) Zhan, X.; Barlow, S.; Marder, S. R. Chem. Commun. 2009, 1948.
38.(a) Wang, Z.-S.; Koumura, N.; Cui, Y.; Takahashi, M.; Sekiguchi, H.; Mori, A.; Kubo, T.; Furube, A.; Hara, K. Chem. Mater. 2008, 20, 3993. (b) Wang, X.-F.; Kitao, O.; Zhou, H.; Tamiaki, H.; Sasaki, S.-i. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 7954.
39.Zeng, W.; Cao, Y.; Bai, Y.; Wang, Y.; Shi, Y.; Zhang, M.; Wang, F.; Pan, C.; Wang, P. Chem. Mater. 2010, 22, 1915.
40.(a) Nusbaumer, H.; Moser, J.; Zakeeruddin, S.; Nazeeruddin, M.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B. 2001, 105, 10461. (b) Nusbaumer, H.; Zakeeruddin, S.; Moser, J.; Grätzel, M. Chem.–Eur. J. 2003, 9, 3756. (c) Feldt, S. M.; Wang, G.; Boschloo, G.; Hagfeldt, A. J. Phys. Chem.C. 2011, 115, 21500. (d) Tsao, H.; Yi, C.; Moehl, T.; Yum, J.; Zakeeruddin, S.; Nazeeruddin, M.; Grätzel, M. ChemSusChem. 2011, 4, 591. (e) Wang, M.; Grätzel,C.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. Energy Environ. Sci.2012, 5, 9394.
41.(a) Tennakone, K.; Kumara, G. R. A.; Kumarasinghe, A. R.; Wijayantha, K. G. U.; Sirimanne, P. M. Semicond. Sci. Technol. 1995, 10, 1689. (b) Kumara, G. R. A.; Konno, A.; Shiratsuchi, K.; Tsukahara, J.; Tennakone, K. Chem. Mater. 2002, 14, 954. (c) Bach, U.; Lupo, D.; Comte, P.; Moser, J. E.; Weissortel, F.; Salbeck, J.; Spreitzer, H.; Grätzel, M. Nature 1998, 395, 583. (d) Snaith, H. J.; Moule, A. J.; Klein, C.; Meerholz, K.; Friend, R. H.; Grätzel, M. Nano Lett. 2007, 7, 3372. (e) Xia, J.; Masaki, N.; Lira-Cantu, M.; Kim, Y.; Jiang, K.; Yanagida, S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1258.
42.(a) Bach, U.; Lupo, D.; Comte, P.; Moser, J. E.; Weissortel, F.; Salbeck, J.; Spreitzer, H.; Grätzel, M. Nature. 1998, 395, 583. (b) Bach, U.; Tachibana, Y.; Moser, J. E.; Haque, S. A.; Durrant, J. R.; Grätzel, M.; Klug, D. R. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7445. (c) Wang, P.; Wenger, B.; Humphry-Baker, R.; Moser, J. E.; Teuscher, J.; Kantlehner, W.; Mezger, J.; Stoyanov, E. V.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6850. (d) Kubo, W.; Kitamura, T.; Hanabusa, K.; Wada, Y.; Yanagida, S. Chem. Commun. 2002, 374. (e) Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Comte, P.; Exnar, I.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1166.
43.Chung, I.; Lee, B.; He J.; Chang, P. H.; Mercouri, G. Kanatzidis. Nature 2012, 485, 486.
44.Olsen, E.; Hagen, G.; Lindquist, S. E. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2000, 63, 267.
45.(a) Huang, Z.; Liu, X. Z.; Li, K. X.; Li, D. M.; Luo, Y. H. ; Li, H.; Song, W. B.; Chen, L. Q.; Meng, Q. B. Electrochem. Commun. 2007, 9, 596-598. (b) Li, K. X.; Yu, Z. X.; Luo, Y. H.; Li, D. M.; Meng, Q. B. J. Mater. Sci. Technol. 2007, 23, 577-582. (c) Kay, A.; Grätzel, M. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 1996, 44, 99-117. (d) Murakami, T. N.; Ito, S.; Wang, Q.; Nazeeruddin, M. K.; Bessho, T.; Cesar, I. ; Liska, P.; Humphry-Baker, R.; Comte, P.; Péchy, P.; Grätzel, M. J. Electrochem. Soc. 2006, 153, A2255-A2261.
46.Wang, M.; Grätzel, C.; Zakeeruddi, S. M.; Grätzel, M. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9394.
47.Mishra, A.; Fischer, M. K. R.; Bäuerle, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 2474.
48.Ning, Z.; Zhang, Q.; Wu, W.; Pei, H.; Liu, B.; Tian, H. J. Org. Chem. 2008, 73, 3791.
49.Chen, K.-F.; Hsu, Y.-C.; Wu, Q.; Yeh, M.-C. P.; Sun, S.-S. Org. Lett. 2009, 11, 377.
50.Zhang, G.; Bala, H.; Cheng, Y.; Shi, D.; Lv, X.; Yu, Q.; Wang, P. Chem. Commun. 2009, 2198.
51.Chou, H. H.; Chen, Y. C.; Huang, H. J.; Lee, T. H.; Lin, J. T.; Tsai, C.; Chen, K. J. Mater. Chem. 2012, 22, 10929.
52.Lu, X.; Feng, Q.; Lan, Tian; Zhou, G.; Wang, Z. S. Chem. Mater. 2012, 24, 3179.
53.Ullmann, F.; Bielecki, Jean. Chemische Berichte. 1909, 34. 2174.
54.Miyaura, Norio; Yamada, Kinji ; Suzuki, Akira. Tetrahedron Lett. 1979, 20, 3437.
55.Lee, H. Y.; Sha, C. K. J. Org. Chem. 2012, 77, 598.
56.Anton, V.; Haack, A. Ber. 1927, 60, 119.
57.Thomas, K. R.; Hsu, Y. C.; Lin, J. T.; Lee, K. M.; Ho, K. C.; Lai, C. H.; Cheng, Y. M.; Chou, P. T. Chem. Mater. 2008, 20, 1830.
58.Wang, Z.-S.; Hara, K.; Dan-oh, Y.; Kasada, C.; Shinpo, A.; Suga, S.; Arakawa, H.; Sugihara, H. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 3907-3914.
59.Cardona, M.; Li, W.; Kaifer, A. E.; Stockdale, D.; Bazan, G. C. Adv. Mater. 2011, 23, 2367.
60.Grätzel, M. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1788.
61.Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A.; Jr.,; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Keith, T.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, O.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J.; Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010.
62.Lynch, B. J.; Fast, P. L.; Harris, M.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4811.
63.Marenich, A. V.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 6378.
64.Ditchfield, R.; Hehre, W. J.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1971, 54 , 724.
65.Sa, S.; Nazeeruddin, M. K.; Gao, P.; Grätzel, M.; Braun, M. J.; Miyaji, T. Patent: WO2012/175536 A1, 2012 ; Location in patent: Page/Page column 49.
66.Bhosale, R. S.; Bhosale, S. V.; Bhosale, S.V.; Wang, T.; Zubaidha, P. K. Tetrahedron Lett. 2004, 45, 7187
67.MERCK PATENT GMBH Patent: WO2008/11957 A1, 2008 ; Location in patent: Page/Page column 57.
68.Thomas, K.; Paul, K. Chem. Eur. J. 2011, 17, 866.
69.Shih, C.; Swenton, S. J. Org. Chem. 1982 , 47, 2825.
70.Robin G. Hicks; Matthew B. Nodwell. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6746.
71.Mancilha, F. S.; Neto, B. A. D.; Lopes A. S.; Jr, P. F. M.; Quina, F.H., Gonçalves, R. S.; Dupont, J.; Eur. J. Org. Chem. 2003, 85, 2195.
72.VERTEX PHARMACEUTICALS INCORPORATED; PEREIRA, Oswy; MAXWELL, John; BENNANI, Youssef L. Patent: WO2011/119858 A1, 2011 ; Location in patent: Page/Page column 86.