卟啉类光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用

染料是染料敏化太阳能电池的核心之一,它的性质直接影响着电池的光电转换效率.多吡啶钌类配合物是目前最有效的染料,但存在合成困难、需要贵金属钌且对环境有一定的污染等缺点,因此近年来纯有机及含廉价金属染料的研究逐渐受到重视.卟啉类染料具有易合成、易修饰及在可见光区有强吸收等特性,这些特性使它在非钌染料的研究中受到青睐.本文从...     

卟啉化合物在有机染料敏化太阳能电池中的应用研究

卟啉化合物具有共轭的平面结构、良好的电子缓冲性和光电磁性,特别在可见光区和近红外区域具有优越的光捕获特性。近年来,卟啉类化合物以其优异的特性在有机太阳能电池领域,尤其是染料敏化太阳能电池中得到了广泛的应用研究。人们通过对卟啉分子进行改性来提高相应的太阳能电池效率,比如增加分子的共轭度、在分子上引入长烷基链、引入功能化小...     

多酸基光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,简写为DSSCs)是由Michael Gr覿tzel等开发的第三代光伏电池,它具有低成本、制作简单、光学性能可调、光电转换效率高等优势。其中光敏剂是DSSCs的重要组成部分,通过吸收可见光将电子传递到半导体导带,对整个电池的电子循环至关重要。广泛采用的光敏剂为N719等贵金属配合物,但其价格非常昂贵,很难实现大规模产业化。因此寻找低成本的非贵金属光敏剂是该领域的一项挑战。多金属氧酸盐(简称多酸,Polyoxometalates,简写为POMs)是一类具有纳米尺寸的分子基纳米材料,是分子型无机类半导体材料。多酸的富氧表面可以被活化和修饰,吸收光谱可以覆盖可见区甚至近红外区,具有合适的氧化还原电势,良好的热稳定性和溶解性。近年来,一系列研究表明多酸可以作为光敏剂应用在DSSCs中。本文中,我们以课题组多年来在POMs和太阳能电池领域的研究工作积累以及国内外同行专家的研究工作为基础,对多酸基光敏剂在DSSCs中的应用进行了详细综述。首先我们阐述了DSSCs的研究意义、多酸的简介、多酸的能级测量及调控。之后我们重点综述了多酸作为DSSCs中的光敏剂和共敏剂的研究。最后,我们对多酸基光敏剂在DSSCs领域的发展前景进行了总结和展望。本文有望引起多酸化学、材料化学及新兴交叉学科领域研究者的广泛研究兴趣,并为太阳能电池光敏剂的研究提供新的思路。     

锌卟啉自组装在染料敏化太阳能电池中的应用

制备了2种锌卟啉天线分子P2与P3,并通过自组装的方法成功地将这些天线分子应用到了染料敏化太阳能电池之中。与传统的D-π-A结构的染料相比,这种策略显示出了明显的优势：可以避免复杂的合成步骤,还可以通过调节天线分子和锚固基团的结构去改善染料的光子捕获能力并减少电荷复合行为。当4-吡啶-4-基苯甲酸（A）作为锚固基团时,经过分子自组装之后,基于A-P2的电池器件显示出了1.68%的转换效率,开路电压为526 mV,短路电流密度为5.39 mA·cm^-2,这充分说明了自组装策略在染料敏化太阳能电池中得到了很好的应用。而基于A-P3的电池器件能量转换效率只有0.79%,这可能主要是因为天线分子P3较大的位阻减小了染料吸附量的原因造成的。我们另外也测试比较了它们在光学、电化学、光伏性能等方面的差异。     

卟啉类光敏剂在光动力治疗中的应用研究

作为光动力疗法中至关重要的决定性因素,光敏剂的研究受到越来越多的重视.重点综述了多种新型卟啉类化合物、酞菁类化合物和二氢卟吩类化合物的合成及其在光动力治疗中的应用研究.     

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。     

表面活性剂对染料敏化太阳能电池光电性能的提高

在硝酸/醋酸(HNO₃/HAc)的水溶液中分别加入十二烷基苯磺酸钠(DBS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、吐温20等不同类型的表面活性剂来水解钛酸四正丁酯制得前驱体溶液,通过水热法制备纳晶TiO₂,并组装成染料敏化太阳能电池(DSSC)。通过XRD、SEM和UV-Vis对纳晶TiO₂薄膜进行表征,并对DSSC进行光电流-光电压(I-V)曲线的测试,研究了不同类型的表面活性剂和不同浓度的CTAB对DSSC光电性能的影响。结果表明：加入阳离子表面活性剂CTAB时提高了DSSC的光电性能,而加入阴离子表面活性剂DBS和非离子表面活性剂吐温20时,DSSC的光电性能反而降低。随着CTAB浓度的增加,电池的光电性能先提高后下降,当c_CTAB=0.08 mol·L^-1时,DSSC的光电转化效率最高为5.76%,比不添加表面活性剂制备的纳晶TiO₂所组装的DSSC的光电转化效率提高了约18%。     

一种天线分子与卟啉染料自组装在染料敏化太阳能电池中的应用

以卟啉分子H2-pTCPP作为基础染料,通过配位自组装的方法将天线分子S3修饰到染料结构中。结果表明经天线分子修饰后染料敏化太阳能电池器件的整体性能得到了极大的改善。天线效应有效地提高了器件的光子捕获能力,光电流得到了显著的提高,并且电荷复合行为也得到了明显的抑制。基于H2-pTCPP的电池器件显示了1.18%的转换效率,而经过天线分子修饰后的Mn-pTCPP+S3显示了2.64%的转换效率,性能提高了1.2倍。     

钌配合物基太阳能电池光敏剂分子设计的最新研究进展

基于钌配合物染料的敏化太阳能电池与传统的硅半导体太阳能电池相比,具有较低的成本和较高的光电转换效率(8%～11%)。本文重点从钌配合物染料分子中固定配体的选择、辅助配体中引进具有空穴传输功能的三苯胺(或咔唑)基团以及配合物摩尔消光系数的提高3方面介绍近年钌配合物染料分子设计的研究进展。     

含二氢噻唑类卟啉配位聚合物自组装染料敏化太阳能电池

合成了两种不同类型(2+2型、A4型)含二氢噻唑基团的锌卟啉与Mn(Ⅱ)的配位聚合物(CPsx,x=1,2)。两种配位聚合物与锚定卟啉(ZnPA)通过金属-配体轴向配位自组装成染料敏化太阳能电池。通过电镜表征了其在TiO₂上的自组装结构。光伏性能测试表明,聚合物自组装体与单体相比具有较优的光电转换效率,特别是A4型结构(CPs2)具有较高的短路电流和转换效率。     

有机染料敏化剂分子设计新进展

综述了应用于染料敏化太阳能电池的多吡啶钌配合物、胺类染料、卟啉和酞菁类染料分子设计方面影响其光电转化效率的因素研究及新进展.     

New Amphiphilic Polypyridyl Ruthenium（Ⅱ） Sensitizer and Its Application in Dye-Sensitized Solar Cells

Amphiphilic polypyridyl mthenium（Ⅱ） complex cis-di（isothiocyanato）（4,4＇-di-tert-butyl-2,2＇-bipyridyl）（4,4＇- dicarboxy-2,2＇-bipyridyl）ruthenium（Ⅱ）（K005） has been synthesized and characterized by cyclic voltammetry, ^1H NMR, UV-Vis, and FT-IR spectroscopies. The sensitizer sensitizes TiO2 over a notably broad spectral range due to its intense metal-to-ligand charge-transfer （MLCT） bands at 537 and 418 nm. The photophysical and photochemical studies of K005 were contrasted with those of cis-Ru（dcbpy）2（NCS）2, known as the N3 dye, and the amphiphilic ruthenium（Ⅱ） dye Z907. A reversible couple at E1/2=0.725 V vs. saturated calomel electrode （SCE） with a separation of 0.08 V between the anodic and cathodic peaks, was observed due to the Ru^Ⅱ/Ⅲ couple by cyclic voltammetry. Furthermore, this amphiphilic ruthenium complex was successfully used as sensitizers for dye-sensitized solar cells with the efficiency of 3.72% at the 100 mW·cm^-2 irradiance of air mass 1.5 simulated sunlight without optimization of TiO2 films and the electrolyte.     

含有萘酰亚胺的菁染料太阳能电池敏化剂的合成

通过Click反应把萘酰亚胺化合物连接到含有醛基的吲哚上,再通过醛基和吲哚碘盐的Knoevenagel缩合反应合成出带有萘酰亚胺部分的菁染料,用NMR、MS、元素分析、UV-Vis等方法对其结构和性能进行了表征和测试。     

上转换发光在染料敏化太阳能电池中的应用

以水热和高温煅烧相结合的方法制备了掺Er³⁺的TiO₂上转换发光层,并将其组装在染料敏化太阳能电池(DSSC)中。通过XRD﹑荧光光谱﹑UV-Vis和电池的光电性能测试,分析了上转换发光层的发光机理及其加入后对染料敏化太阳能电池性能的影响。结果表明,上转换发光层的引入有效地提高了DSSC的光电性能,在80 mW·cm^-2红外光照射下最高光电转换效率达到了0.14‰,比未加上转换发光层的DSSC提高了160%。     

纳米二氧化钛的水热法制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

分别在盐酸和冰醋酸溶液中水解钛酸四正丁酯,得到前驱体,通过水热法制备锐钛矿型二氧化钛纳米晶体.以纳米二氧化钛为电子传输体组装染料敏化电池,通过XRDI、CP、DRS、TEM、SEM和电池的光电性能测试,研究制备的二氧化钛对电池光电性能的影响.结果表明,水热反应温度对染料敏化太阳能电池光电性能有较大影响,在有机酸介质中制备的二氧化钛具有较高的光电转换效率.     

含有TiO2刺球散射中心光阳极的设计及其在染料敏化太阳能电池的应用

采用水热法制备了一种刺球状TiO_2(NT),将其作为光散射中心,与纳米晶TiO_2混合,制备成一种底层为P25薄膜(作为染料吸收层),上层为添加NT散射层的混合结构的薄膜光阳极。探讨了NT添加量对薄膜性能的影响,实验结果表明,当NT与P25粉体的质量比为35%时电池光电性能最优,电池短路光电流密度为14.30 m A·cm~(-2),其光电转换效率达到7.38%。质量比继续增大,当达到50%时电池性能有所下降,光电转换效率降为5.99%,同时染料吸附量也由73.2μmol·cm~(-2)降到70.1μmol·cm~(-2)。这表明过量的大颗粒TiO_2刺球散射中心会减少光阳极的比表面积从而降低染料的有效吸附量,并且还会引起不必要的反向散射,只有适量的散射中心才能得到最佳性能的太阳能电池器件。     

Optical Properties of Dye Based on Hydroxamate Improved with Designed Tridentate Ligands for Dye Sensitized Solar Cell: a Theoretical Study

A density function theory(DFT) study was made on three dyes based on hydroxamate with different ligands[terpyridine, isothiocyanate(NCS) and 2,2'-bis(thienyl)-tripyrrinate(2-BTTP)] to investigtate their device performance optimization in dye sensitized solar cell(DSSC). Based on the adsorbed dye on TiO₂ (101) surface, the ground state geometry structures, electronic structures, absorption spectra and correspongding charge transfer properties were analysed in detail. The results indicate that the ligand replacement of terpyridine by NCS and 2-BTTP improves the low-energy region absorption of hydroxamate based dyes significantly. The electron injection and light harvesting capability of hydroxamate based dyes are enhanced by NCS and 2-BTTP ligands as well. In the visible region, hydroxamate based dyes have the potentials to become panchromatic light absorbers according to our research.     

电荷分离型染料在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究

染料敏化太阳能电池中的染料起到吸收光能和传导光生电子的作用,而染料的电荷分离状态能有效提高电子注入效率,抑制电荷复合,进而提高器件性能。本文以电荷分离(CS)型染料为敏化剂,采用spiro-OMeTAD为空穴传输材料制备了全固态染料敏化太阳能电池,分析了TiO_2光阳极膜厚的影响,当TiO_2光阳极膜厚为1. 2μm时,器件性能最优;探讨了染料结构对器件性能的影响,其中染料MTPABT-Pyc的器件性能最好,其光电流和效率分别为7. 38mA/cm~2和3. 06%。相比于电荷转移(CT)型染料MTPAcc,MTPABTPyc具有相近的捕光能力,但是其效率比MTPAcc (2. 64%)提高了16%。研究结果表明,CS型染料的电荷分离态对电荷复合的抑制和空穴的传输具有明显的优势。     

过氧化钛配合物(PTC)体系在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

本文利用水性过氧化钛配合物(peoxotitanium complex:PTC)前驱体可低温合成锐钛矿TiO₂溶胶的特性,将其用作柔性染料敏化太阳能电池(DSSC)中的光阳极材料的成膜助剂.研究发现:加入基于PTC制得的TiO₂溶胶可以明显提高DSSC的光电转换性能,在制备DSSC的浆料中加入10%(体积分数)的基于PTC制得的TiO₂溶胶后,电池的光电效率可以提升50%.我们进一步研究了光电转换效率的影响因素,结果表明,溶胶的加入量和反应时间均有一最佳值,当基于PTC的TiO₂溶胶添加量为10%,反应时间为9h,所得到电池的光电性能最好.     

准固态染料敏化太阳能电池中电解质体系的研究进展

染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells)是新一代将光能转化为电能的重要能源转换装置。它具有低廉的材料和器件制作成本、较高的光电转换效率以及电池制作过程简单等诸多优点,拥有广阔的应用空间和巨大的潜在商业价值,因而吸引了广泛的研究关注。染料敏化太阳能电池主要由染料敏化的光阳极、电解质和对电极三个部分组成。其中,电解质作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分,其对离子的传导和扩散,以及促进染料再生的能力极大地影响着染料敏化太阳能电池的电荷传输和光电性能。本文聚焦于染料敏化太阳能电池准固态电解质体系,主要从聚合物凝胶电解质、有机小分子凝胶电解质和无机纳米粒子凝胶电解质三大方面综述讨论了该研究领域当前最新研究进展,并对其未来研究趋势进行了展望。