染料敏化太阳能电池对电极

对电极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分,改进对电极是提高其能量转换效率及降低成本的有效手段之一.本文重点综述了2008年以来染料敏化太阳能电池对电极的研究成果,详细介绍了各类对电极包括金属Pt、Au、Ni,纳米炭材料和导电聚合物等对电极的优点和制备工艺.Pt对电极性能最好,但是高成本限制了它在染料敏化太阳能电池产业化中的应用;新型的价格低廉、活性较高的纳米炭材料和导电聚合物及其复合材料等对电极在染料敏化太阳能电池的研究中逐渐引起人们的重视.     

染料敏化太阳能电池用敏化剂

染料敏化太阳能电池是太阳能电池的重要发展方向之一,染料敏化剂是影响电池光电转换效率的重要组分,也一直是太阳能电池材料的研究热点.经过20多年的研究,现已开发的光敏染料主要有金属配合物染料和纯有机染料两大类.本文依据染料结构特征,将金属配合物染料分为钌的多吡啶配合物、其它金属(如Os、Pt)的多吡啶配合物、卟啉及酞菁类配...     

方酸染料在离子识别中的研究

作为一种新型的有机功能染料,方酸染料正引起化学界的极大兴趣.由于其特殊的D-A-D结构,方酸染料在可见一近红外区有强烈的吸收和荧光发射,因而越来越多地被应用在离子检测中.本文综述了近期方酸染料化学传感器的发展和应用,分别介绍了方酸染料在阳离子识别和阴离子识别中的分子设计、作用机理及应用,重点综述了方酸染料对汞、铜和锌等...     

CoSe/TiN同轴纳米管阵列在染料敏化太阳能电池对电极中的应用研究

以钛网作为基底,采用阳极氧化、氨气氮化的方法制备了TiN纳米管,随后电沉积CoSe,制备了CoSe/TiN/Ti同轴纳米管阵列电极。循环伏安结果表明,CoSe/TiN/Ti电极对I-3具有高的电催化还原性能,这归因于高催化活性的CoSe和高导电的TiN的协同效应。以CoSe/TiN/Ti电极作为对电极组装染料敏化太阳能电池,电池的能量转换效率高达9.25%,比传统Pt/FTO对电极组装的电池(8.09%)高1%。这一结果为非Pt对电极纳米结构的设计提供了一个很好的思路。     

硫化ZIF-67薄膜作为方酸敏化太阳能电池对电极的研究

沸石-咪唑框架结构(ZIFs)是一种新型多孔材料,具有表面积大、孔隙度高、孔隙大小可调节和通道规则等独特的优点。本文通过硫化涂覆在导电玻璃上的ZIF-67薄膜,制备了多孔碳和硫化钴复合材料,研究了其对I-/I-3氧化还原对的催化性能,以替代铂作为方酸染料敏化太阳能电池的对电极。通过X射线衍射、扫描电镜和等温吸附的测量,分析了硫化ZIF-67得到的对电极多孔膜的结构和形态特征,并通过Tafel曲线和电化学阻抗谱图对其催化性能进行评价。结果表明,硫化60min的ZIF-67对电极催化性能与Pt对电极相当,方酸敏化太阳能电池的光电转换效率分别是4.03%和4.10%。     

离子液体基聚合物的结构对染料敏化太阳能电池性能的影响研究

设计合成了分别悬挂磺酸官能团、磺酸锂官能团和烷基链官能团的三种结构的离子液体基聚合物,用于聚合物凝胶电解质的制备,并应用于染料敏化太阳能电池中.结果发现这三种聚合物含量的变化对电池性能的影响有较大差别.悬挂普通烷基链官能团的离子液体基聚合物(P-CH₃I)的加入,由于增加了电解质的粘度,使得电池的性能随着P-CH₃I含量的增加而变差;悬挂磺酸锂官能团的离子液体基聚合物P-LiI加入使电池的性能略微下降,而悬挂磺酸官能团的离子液体基聚合物P-HI加入到离子液体电解质后,在一定浓度范围内能改善离子的扩散等性能,从而使基于这种离子液体基聚合物的电池的光电性能相对较好.并通过电解质AFM微观形貌的研究解释了这三类电解质中离子扩散的差异以及光电性能的差别.     

CoS制备方法研究及在染料敏化电池中应用

通过简单的气-固反应法在氟掺杂的氧化锡导电玻璃(FTO)上成功制备了CoS对电极,并通过优化工艺,进一步确认了制备CoS的最佳浓度。通过扫面电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安测试(CV)、Tafel极化曲线以及光电流密度-电压特性曲线(J-V)分别研究了其表面形貌、物质结构、电催化性能和光电性能。结果表明20%浓度制备的CoS对电极具有较高的电催化活性,在一个标准太阳光照条件下(100mW.cm_-2),其光电转换效率(PCE)是7.81%,短路电流密度(J_sc)是17.3 mA.cm_?2,开路电压(V_oc)是0.74 V,填充因子(FF)是0.61,显示出与Pt对电极(7.97%)相比拟的性能。说明通过这种气-固反应法采用浓度为20%醋酸钴溶液制备的CoS薄膜具有高催化性、低成本的优点,可代替Pt作为染料敏化电池对电极。、关键词用黑体,及关键词内容用宋体。     

染料敏化太阳能电池对电极材料优化的研究进展

简要说明了染料敏化太阳能电池(DSSC)的结构和工作原理,重点综述了近几年来DSSC对电极材料优化的研究成果.对电极作为DSSC结构的关键组成部分之一,主要作用是吸收来自外电路中的电子,将电子传递给电解质氧化还原电子对形成电流循环.介绍了铂对电极、碳对电极、复合对电极在DSSC中的应用,并着重分析了不同材料的特性对DS...     

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。     

二氢吲哚类染料用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对四种二氢吲哚染料进行研究, 从中筛选出相对优秀的染料敏化太阳能电池光敏剂. 对前线分子轨道的计算表明, 二氢吲哚染料的前线分子轨道结构非常有利于染料激发态向TiO2电极的电子注入. 对真空中的紫外和可见光吸收光谱的计算表明, 二氢吲哚染料的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配较好. 对染料分子的能级计算表明, 二氢吲哚染料的能级结构比较适合于I-/I-3作电解液的TiO2纳米晶太阳能电池的光敏剂. 二氢吲哚染料最低未占据分子轨道(LUMO) 能级均比TiO2晶体导带边能级高, 能够保证激发态染料分子高效地向TiO2电极转移电子. 二氢吲哚染料最高占据分子轨道(HOMO)的能级比I-/I-3能级低, 保证了失去电子的染料分子能够顺利地从电解液中得到电子. 与实验数据比较, 得出在提高染料敏化太阳能电池转换效率方面, 对染料的关键要求是LUMO能级的位置. 染料分子的稳定性是染料敏化太阳能电池使用寿命的关键因素. 通过对化学键键长的比较表明, 二氢吲哚染料的分子稳定性基本相同. 对计算结果的分析表明, 二氢吲哚染料1(ID1)的LUMO能级最高, 分子稳定性最好, 在酒精溶液中的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配很好, 在同类染料中是较好的染料敏化太阳能电池光敏剂.     

方酸菁染料在有机太阳能电池中的研究进展

方酸菁作为一种重要的菁类染料,由于它在可见-近红外区有强烈的吸收和发射性质,以及良好的光热稳定性,使它在太阳能电池的研究中越来越受到重视.随着理论的不断完善,以及太阳能电池制作技术的成熟,方酸菁将在这一领域继续得到快速发展.综述了近年来方酸菁染料在染料敏化太阳能电池和本体异质结太阳能电池中的应用,从机理角度着重讨论了染料分子结构等因素对电池性能的影响,并提出了未来的研究方向.     

Adamantyl Side Chains as Anti-Aggregating Moieties in Dyes for Dye-Sensitized Solar Cells

Designing and evaluating novel dye concepts is crucial for the development of the field of dye-sensitized solar cells (DSSCs). In our recent report, the novel concept of tethering the anti-aggregation additive chenodeoxycholic acid (CDCA) to dyes for DSSC was introduced. Based on the performance improvements seen for this modification, the aim of this study is to see if a simplified anti-aggregation unit could achieve similar results. The following study reports the synthesis and photovoltaic characterization of two novel dyes decorated with the steric ethyladamantyl moiety on the π-spacer, and on the triarylamine donor. This modification is demonstrated to be successful in increasing the photovoltages in devices employing copper-based electrolytes compared to the non-modified reference dye. The best photovoltaic performance is achieved by a device prepared with the adamantyl decorated donor dye and CDCA, this device achieves a power conversion efficiency of 6.1 % (Short-circuit current=8.3 mA cm⁻², Open-circuit voltage=1054 mV, Fill factor=0.69). The improved photovoltaic performance seen for the adamantyl decorated donor demonstrate the potential of ethyladamantyl side chains as a tool to ensure surface protection of TiO₂.     

有机染料D-SS和D-ST用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

为了揭示D-SS和D-ST分子敏化的染料敏化太阳能电池(DSSCs)的物理机制,采用密度泛函理论(DFT)、含时密度泛函理论(TDDFT)和自然键轨道(NBO)分析,模拟计算染料D-SS和D-ST分子的结构、紫外-可见吸收光谱和能级结构.D-SS的紫外-可见吸收光谱相比于D-ST的有明显的红移,而且D-SS分子的摩尔吸光系数也高于D-ST分子的.D-SS分子本应该比D-ST分子拥有更高的俘获太阳辐射光子的能力,但由于D-SS分子的最高占据分子轨道(HOMO)能级位置比氧化还原电解质(|-/|-3)的氧化还原能级高,处于光激发态的D-SS分子向TiO2电极注入电子而被氧化后,不能顺利地从电解质中得到电子而还原,使得D-SS分子俘获光子的能力不能充分发挥,从而严重地降低了由其敏化的DSSCs的光电性能和光电能量转换效率.揭示了D-SS敏化的DSSCs的光电性能,特别是光电能量转换效率比D-ST敏化的DSSCs的低的原因.染料敏化剂分子的HOMO能级的位置对于DSSCs来说也是很重要的,用于DSSCs的有机敏化剂分子的HOMO能级的位置必须低于氧化还原电解质的氧化还原能级.     

Fine-tuning the Electronic Structure of Organic Dyes for Dye-Sensitized Solar Cells

A series of metal-free organic dyes exploiting different combinations of (hetero)cyclic linkers (benzene, thiophene, and thiazole) and bridges (4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene (CPDT) and benzodithiophene (BDT)) as the central π-spacers were synthesized and characterized. Among them, the sensitizer containing the thiophene and CPDT showed the most broad incident photon-to-current conversion efficiency spectra, resulting in a solar energy conversion efficiency (η) of 6.6%.     

Synthesis and Characterization of Two New Organic Dyes for Dye-Sensitized Solar Cells

In the present study, two new organic dyes based on indigo were prepared and used as sensitizers in dye-sensitized solar cells. To this end, indoxyl was utilized as the electron-donor and acrylic acid and cyanoacrylic acid were used as the electron-acceptor anchoring groups. These dyes were purified and characterized by analytical techniques. Spectrophotometric evaluations of the prepared dyes in solution and on a nano-anatase-TiO₂ substrate were investigated. Additionally, oxidation potential measurements were also carried out. Finally, dye-sensitized solar cells were fabricated to determine the photovoltaic behavior and conversion efficiency of each dye.

[Supplementary materials are available for this article. Go to the publisher's online edition of Synthetic Communications® for the following free supplemental resource(s): Full experimental and spectral details.]     

含中氮茚有机太阳能电池染料敏化剂的分子设计

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法研究了9个新的中氮茚[3, 4, 5-ab]异吲哚(INI)为给体的染料敏化剂性质.对影响电池效率的光捕获效率、电子注入、染料再生和电荷复合等重要因素与D5和D9染料进行了对比.计算表明,设计的INI系列敏化剂在440-500 nm内有最大吸收峰,表现出明显的电荷分离特征, INI2具有比D9染料更高的最大理论短路电流. Fukui反应指数计算指出INI2的亲核加成最易实现.染料分子在二氧化钛(101)面吸附计算表明,染料INI2以间接注入途径实现电子注入.综合计算结果,中氮茚INI染料有希望作为性能优良的染料敏化剂而得到应用.     

用于染料敏化太阳能电池的D5同类物分子设计(英文)

使用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)以及自然键轨道(NBO)分析,设计比有机染料D5更优秀的用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的D5同类物分子.在D5骨架的给电子基团上对称地引入给电子基(—OH,—NH2,—OCH3),既可以使分子的最低未占据分子轨道(LUMO)能级提高,又可以使吸收光谱红移,从而既提高染料分子捕获太阳辐射光子的能力,又提高由染料分子的激发态向TiO2电极注入电子的驱动力.在D5分子的骨架上,对称地引入受电子基(—CF3,—F,—CN),可以使染料分子的吸收光谱强烈地红移,从而更有效地利用太阳能.由LUMO能级的提高和吸收光谱的红移来考虑,所设计的D516,D536,D537分子是比D5优秀的同类物分子,其中D516是最好的.单从吸收光谱红移来考虑,所设计的D565,D567,D568分子是比D5优秀的同类物分子,其中D565的吸收光谱有望与太阳辐射光谱更好地匹配.挑选出来的这6种D5同类物分子都是D-π-A(电子给体-共轭π桥-电子受体)结构.这几种分子的光激发引起的最高占据分子轨道(HOMOs)到LUMOs的跃迁是π-π*跃迁,是分子内电荷转移,吸收光谱是电子吸收光谱,位于近紫外-可见光区.D516和D565有望成为比D5更优秀的用于DSSC的非金属有机染料分子.     

A Combined Experimental and Computational Study of Chrysanthemin as a Pigment for Dye-Sensitized Solar Cells

The theoretical study of chrysanthemin (cyanidin 3-glucoside) as a pigment for TiO₂-based dye-sensitized solar cells (DSSCs) was performed with the GAUSSSIAN 09 simulation. The electronic spectra of neutral and anionic chrysanthemin molecules were calculated by density functional theory with B3LYP functional and DGDZVP basis set. A better energy level alignment was found for partially deprotonated molecules of chrysanthemin, with the excited photoelectron having enough energy in order to be transferred to the conduction band of TiO₂ semiconductor in DSSCs. In addition, we used the raw aqueous extracts of roselle (Hibiscus sabdariffa) calyces as the source of chrysanthemin and the extracts with various pH values were tested in DSSCs. The extracts and photosensitized semiconductor layers were characterized by UV-Vis spectroscopy, and DSSCs based on raw extracts were characterized by current density-voltage measurements.