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。     

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。     

两种锌卟啉聚合物自组装染料敏化太阳能电池

合成了2种新型锌卟啉并与金属Mn构建配位聚合物(CPsx,x=1,2)。2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染料敏化太阳能电池(DSSC)。测试结果表明自组装电池具有较好的光电转换效率,特别是基于CPs2的装置具有较高的短路电流和转换效率。我们还对其光学、电化学及光电性能进行了研究,并通过透射电镜(TEM)对自组装体有效敏化在TiO_2电极上进行验证。     

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池研究进展

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池是一种受到广泛关注的新型太阳能电池。根据电池的结构不同可以将其分为p型和p-n叠层型染料敏化太阳能电池。其中p-n型叠层染料敏化太阳能电池的理论光电效率可以达到43%,高于传统的基于n型TiO_2光阳极的染料敏化太阳能电池理论效率(30%),引起了科学界的高度关注。本文将总结基于p型光电极染料敏化太阳能电池(p型和p-n型叠层器件)的研究成果,重点介绍用于p型和p-n型叠层染料敏化太阳能电池的电极材料,染料及电解质的研究进展;同时总结目前该类电池发展中亟需解决的问题以及进一步提高器件效率的途径。     

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池研究进展

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池是一种受到广泛关注的新型太阳能电池。根据电池的结构不同可以将其分为p型和p-n叠层型染料敏化太阳能电池。其中p-n型叠层染料敏化太阳能电池的理论光电效率可以达到43%,高于传统的基于n型TiO₂光阳极的染料敏化太阳能电池理论效率（30%）,引起了科学界的高度关注。本文将总结基于p型光电极染料敏化太阳能电池（p型和p-n型叠层器件）的研究成果,重点介绍用于p型和p-n型叠层染料敏化太阳能电池的电极材料,染料及电解质的研究进展;同时总结目前该类电池发展中亟需解决的问题以及进一步提高器件效率的途径。     

锚定分子对配位自组装染料敏化太阳能电池性能的影响

介绍了三种卟啉锚定分子ZnPA(im,tz,py)与上层卟啉ZnP构建双层卟啉配位自组装体,研究了三种自组装体染料敏化太阳能电池的光谱性能与光伏性能。光谱性能研究结果表明,采用吡啶基团卟啉染料紫外吸收光谱红移,有效提升光捕获能力。光伏性能研究表明,组装体ZnP-ZnPApy具有较优的光伏性能,其中Jsc=6.04 m A·cm~(-2),η=2.24%,单分子吡啶锚定基团性能也最佳。这些结果与光谱测试结果一致。采用卟啉分子作为锚定基团时,电池性能比有机小分子作为锚定明显提高,双层卟啉自组装结构性能至少是有机小分子锚定的3.7倍。     

低聚噻吩酸敏化多孔TiO2膜的光电转换性能

自从 Gratzel等 [1 ]于 1991年发现染料敏化的 Ti O2 膜具有良好的光电转换性质以来 ,对染料敏化半导体太阳能电池的研究已成为半导体电化学领域的研究热点 [2～ 4] ,这类电池的光电转换效率不断提高[5,6] .但具有较高转换效率的器件多是采用液体电解质和价格昂贵的联吡啶钌化合物作为染料 ,不利于其实际应用的推广 .采用聚噻吩作为电解质 ,并兼敏化作用组装电池已见报道 [7] .低聚噻吩酸具有一定的电导率 ,其分子连有端基羧酸 ,能有效地与 Ti O2 表面羟基作用而吸附 ,同时它们在可见光区有较好的吸光特性 ,是一种潜在的、具有敏化效应…     

掺P25水热法制备纳晶多孔TiO2薄膜电极

以水热法为基础,向其溶胶中掺入适量的P25(二氧化钛粉体),来制备纳晶TiO₂胶体,以纳晶TiO₂为电子传输体组装染料敏化太阳能电池.通过XRD、SEM、UV-vis和电池的光电性能测试,来分析掺入P25对染料敏化太阳能电池性能的影响.结果表明,加入适量P25([P25]/[Ti]=0.2)后,染料敏化太阳能电池性能达到最佳值,在100 mW/cm²光照条件下,光电转换效率达到5.4%.     

全固态介观太阳能电池:从染料敏化到钙钛矿

介观太阳能电池(Mesoscopic Solar Cells)作为新一代太阳能电池的突出代表, 具有原材料来源丰富, 制备工艺简单, 光电转换效率高等优点, 从而具有广阔的应用前景. 本工作简要评述了全固态介观太阳能电池从染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells)发展到钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells)过程中新材料、新技术和新概念的研究进展. 1998年, Grätzel课题组首次将固态有机空穴传输材料spiro-OMeTAD应用到染料敏化太阳能电池中, 制备出全固态染料敏化太阳能电池, 虽然仅获得了0.74%的光电转换效率, 但是却使得全固态染料敏化太阳能电池迅速发展成为介观太阳能电池的重要研究方向. 2012年, Park与Grätzel课题组合作, 使用钙钛矿型吸光材料(CH₃NH₃)PbI₃作为敏化剂, spiro-OMeTAD作为空穴收集层, 制备出光电转换效率达到9.7%的全固态介观太阳能电池, 又被称为钙钛矿太阳能电池. 自此, 基于钙钛矿材料的介观太阳能电池迅速成为太阳能电池领域的研究热点. 目前, 钙钛矿太阳能电池的最高公证效率已经达到20.1%. 钙钛矿太阳能电池作为介观太阳能电池商业化道路上里程碑式的突破, 在材料开发、界面优化以及器件稳定性方面的研究仍充满挑战, 也期待新的突破.     

方酸染料在染料敏化太阳能电池及氰离子检测中的应用研究

<正>染料敏化纳米晶二氧化钛太阳能电池制备简单、成本低、光电转换效率高,已成为当前光电转换器件研究的热点之一.但目前还有许多制约染料敏化太阳能电池光电转换效率的问题有待解决.基于目前染料敏化太阳能电池在长波区采光不足的问题,本论文深入研究了在红光区域具有强吸光能力的方酸类染料在染料敏化太阳能电池中的应用,重点考察了方酸染料的结构对其光电转换性质的影响,并开辟了一种协同敏化新技术,还利用方酸染料的β-环糊精包合物实现了水溶液中氰根离子的高选择性检测.具体研究结果如下:     

苯并噻二唑类有机太阳能电池材料研究进展

苯并噻二唑结构单元被广泛用来构建高光电转换效率的有机太阳能电池材料.从聚合物太阳能电池、有机小分子太阳能电池以及染料敏化太阳能电池三个方面系统地综述了近年来含苯并噻二唑基团的有机太阳能电池材料的研究进展,并对其发展趋势和应用前景做了展望.     

MoS2/CNFs对电极膜厚对染料敏化太阳能电池性能影响

通过静电纺丝技术和水热法成功获得了碳纳米纤维负载二维层状硫化钼(MoS_2/CNFs),将其作为对电极组装的染料敏化太阳能电池(DSSCs)表现出优异的电化学特性。在DSSCs制备过程中,对电极膜厚对电池性能有很大影响,所以本文重点探究了喷涂法制备的对电极膜厚对其组装的染料敏化电池光电性能影响,获得最佳对电极膜厚。实验结果表明当MoS_2/CNFs复合对电极材料膜厚为8μm时,电池光电转换效率达到最大值7.78%。     

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TiO_2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。     

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。     

含苯并噻二唑的吩噻嗪染料分子的设计合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

设计合成了三种含苯并噻二唑的吩噻嗪类有机染料光敏剂JY50~JY52,在对其光物理和电化学性质进行研究的基础上,使用三种染料对纳米TiO₂电极进行敏化制备太阳能电池器件,并系统研究了其光电转化效率及电荷传输阻抗等光伏特性.研究结果表明,在染料分子中引入共轭基团有助于其摩尔吸光系数的提升,从而提升光电流.两个长烷基链的引入能够有效地抑制染料分子激发态电子在TiO₂光阳极表面的电子复合,从而提升其电子注入效率.其中,在AM 1.5（100 mW·cm^-2）的模拟光强下,基于碘电解质的染料JY51电池器件获得了7.61%的光电转化效率.     

基于不同取代基的噻吩-三苯胺染料敏化剂的合成与光伏性能

本文合成了含3种不同取代基的噻吩-三苯胺染料敏化剂(H1,H2和H3),并将其应用于二氧化钛纳米晶染料敏化太阳能电池.系统地研究了3种染料的光物理、电化学和光伏性能.基于H1的染料敏化太阳能电池获得了9.10%的光电转换效率(Voc=0.72V,Jsc=18.03mAcm-2,FF=0.70).     

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%。     

π桥中不同吸电子基团对三苯胺-氰基丙烯酸类染料敏化太阳能电池性能影响的理论研究

采用密度泛函理论和含时密度泛函理论计算了染料的紫外-可见吸收光谱、电子注入驱动力、半导体导带能级移动量以及染料与碘的相互作用能等一系列评价电池性能的理论参数,以解释在π桥上引入不同吸电子基团导致三苯胺-氰基丙烯酸基染料敏化太阳能电池光电转换效率降低的原因.结果表明,在染料π桥上引入吸电子基团虽可以在一定程度上改善吸收光谱,但同时也引入了额外的与电解质中碘相互作用的位点,加快了与电解质之间的复合速率,影响了电子注入驱动力,最终导致电池光电转换效率降低.因此,在设计高效光敏染料时除了考虑吸收光谱外,也应考虑染料与电解质之间的复合以及电子注入驱动力这2个影响电池性能的关键因素.     

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。