基于新型交联聚合物电解质的准固态染料敏化太阳能电池

采用柠檬酸(CA)交联聚乙二醇(oligo-PEG, 平均分子量M_w=200, 400, 1000, 2000), 合成具有可生物降解性能的聚柠檬酸-乙二醇(PCE)交联聚酯, 并以此为基体材料制备得到准固态的三维交联型PCE/LiI/I₂聚合物电解质. 采用红外吸收光谱(IR)、核磁共振氢谱(¹H-NMR)、扫描电镜(SEM)和Raman光谱分别对PCE基体的分子结构、聚合物电解质的微观形貌以及导电离子对的存在形式进行表征; 通过线性扫描伏安法(LSV)研究了聚合物电解质的离子扩散系数、电导率以及电池的输出电流-电压(I-V)性能. 结果表明, PEG的分子量影响PCE基体膜的微观形貌及其吸液性能, 从而影响聚合物电解质的离子导电性能及电池的光电性能: 随着PEG分子量M_w从200, 400, 1000增大到2000, PCE基体膜的结构变得疏松, 吸液率增加, 吸液溶胀后的基体中I-3的跃迁活化能降低, 导致电解质的电导率和电池的短路光电流密度随之增加; 在60 mW·cm^-2的入射光强下, 四种电解质对应电池的光电转化效率依次为3.26%、3.34%、4.26%和4.89%.     

给电子基团对吲哚染料电子结构和吸收光谱的影响

利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT), 分别基于B3LYP和PBE1PBE方法研究了一系列含有不同给电子基团的吲哚染料分子(ID1-ID3)的电子结构和吸收光谱性质. 重点比较了不同电子给体对染料的分子结构、吸收光谱以及其在电池中的光伏性能的影响. 结果表明从ID1、ID2到ID3, 随着电子给体中苯环数目的增加, 吲哚分子上的共轭效应逐渐增大, 导致吲哚分子最高占据分子轨道-最低未占据分子轨道(HOMO-LUMO)之间的能隙变窄, 分子的吸收光谱发生红移. 染料分子的吸收光谱和LUMO能级分别影响染料的吸光效率和光电转化过程中电子的注入过程, 从而使其二者成为决定电池光伏性能的重要参数. 综合考虑上述两个参数对电池性能的贡献, 通过理论研究证实, 在ID1-ID3系列染料中, ID3具有较长的吸收谱带、较大的分子消光系数和合适的LUMO能级, 从而表现出最为优越的光伏性能, 这与实验得出的结论很好地吻合.