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金属有机类光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用.pdf

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金属有机类光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用.pdf

2010年 2月第 31卷第 1期贵 金 属PreciousM etalsF eb. 2010V o.l 31, No. 1金属有机类光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用 *周 迪 , 佘希林 * , 宋国君青岛大学 化学化工与环境学院 , 山东 青岛 266071 摘 要 在染料敏化太阳能电池 DSSC中 , 染料敏化剂用以吸收光子 , 具有较宽光谱吸收范围 , 它直接决定了电池的能量转换效率 , 因而近年来得到飞速发展 , 成果显著 。 论文以钌基多吡啶配合物染料为主 , 综述了包括卟啉 、 酞菁及纯有机染料在内的多种光敏剂的设计合成路线 、 特点及其对染料敏化太阳能电池性能的影响 , 并展望了今后染料敏化剂的研究与开发思路 。关键词 有机化学 ; 太阳能电池 ; 金属有机配合物 ; 光敏剂中图分类号 TM 914. 4 文献标识码 A 文章编号 1004- 0676 201001- 0037- 06The Application ofM etal O rganic Photosensitizers in Dye Sensitized Solar CellZHOU D i, SHE X ilin* , SONG Guojun School of Chemistry andEnv ironm ent, Q ingdaoUniversity, Q ingdao, Shandong266071, Ch inaAbst ract The dye- sensitizersof dye sensitized solar cell DSSC enjoyw ide spectral absorption band,w hich has decisive effect on the photoelectric conversion efficiency . In recent years, the sensitizershave been investigatedw idely and rapid development has been achieved. In this paper, the design andsynthesisof different dyes porphyrin, ph thalocyanine and the pure organic dyes, especially the ruthenium polypyridy l complexes, their properties and effects on the DSSC are review ed, and future developm ent is also introduced.K ey w ords organic chem istry; solar cel;l m etal organic com plex; photosensitizer目前 , 能源 短缺、 环境 污染等 问题日 益突出。太阳能作为一种新能源 , 具有取之不尽 , 用之不竭 ,就地取材 , 对环境友好等特点。太阳能电池直接把太阳能转换成电能 , 是开发利用太阳能最有效的方法之一 , 愈来愈受到广泛重视 [ 1] 。太阳能电池不仅适用于居民家庭使用 , 而且可以利用大电池组件建设太阳能电站 , 但由于该产业链最前端的多晶硅材料成本居高不下 , 使电池产品售价较高 , 导致其发电成本是传统 发电成本 的 10倍 , 制约了 发展。 1991年 , G r tzel等报道了一种新型太阳能电池 , 它由吸附一层染料分子的二氧化钛半导体膜和适当的氧化还原电解质组成 , 称为染料敏化太阳能电池 DSSC。在辐射强度为 1000W /m2 的模拟太阳光 , 即 AM 1. 5的太阳 光标准下 , 达到 7. 1 的能 量转换 效率 [ 2] 。相对于传统硅电池 , 染料敏化太阳能电池因其低廉的成本 , 简 单 的 工 艺 与稳 定 的 性 能 , 受 到 广 泛 关注 [ 3- 4 ]。为了提高 DSSC的光电转换效率 , 人们对染料敏化剂进行了深入的研究。本文以钌基多吡啶配合物敏化剂为主 , 介绍了各种敏化剂的研究现状 , 展望了其应用前景。* 收稿日期 2000- 03- 17 基金项目 青岛市发展计划项目 07- 2- 3 - 15- jch作者简介 周 迪 , 女 , 硕士 , 主要从事染料敏化太阳能电池的研究课题。* 通讯联系人 佘希林 , 博士 , 教授 , 从事一维纳米材料和太阳能电池领域的研究。 E - m ail x lshe 126. com贵 金 属 第 31 卷1 染料敏化太阳能电池的基本构造及工作原理DSSC由沉积了 T iO2 膜的导电玻璃为负极 , 用染料对膜表面进行敏化 , 以 Pt电极为对电极 , 其间充入氧化还原电解质或有机电动型导体 , 构成如图1所示的三明治结构电池[ 5] 。图 1 染料敏化太阳能电池结构及原理示意图Fig. 1 The structure and principle of DSSC宽带隙 T iO2 半导体 锐钛矿 膜表面吸附一层染料。当太阳光 入射 , 染料分子 吸收光子 , 由基 态 S跃迁至激发态 S*, 完成光电转化。激发态电子被注入 T iO2 导带中 , 电子 被瞬 间传导 至导电 玻璃 , 并通过导线流向外电路。染料分子靠氧化还原电解质的电子补给再生 , 氧化态电解质在对电极上接受外电路回流电 子被还原 , 从而形成 电子回路。光照条件下产生的电压与 T iO2 中电子不同 的费米能级和电解质的氧化还原电位相对应。总体来说 ,DSSC在发电的过程中没有永久的化学反应发生 [ 6] 。评价 DSSC性能的主要参数有入射光光电转换效率 IPCE和能量转换效率 , 可用下式计算 IPCE 1240Iph [ A ]P [ W ] [ nm ] , JscVoc FF Pin式中 , Iph 单位面积入射光产生的光电流 , P 单位面积入射光产生的能量 , Jsc 短路电流 , Voc 开路电压 , P in 入射太阳光能量 , FF 填充因子 电池最大输出功率与输出功率之比 。在传统硅电池中 , 半导体担负光吸收与电子传导两项任务。但由于无机半导体较宽的禁带宽度 ,限制了其对光的广泛吸收。因此 , 在半导体上附一层染料分子 , 靠染料吸收光子 , 半导体只起到传导电子的作用。染料分子较宽的光波吸收范围大大提高了阳光的吸收效率。由此可见 , 染料的性质直接决定着能量转换效率的高低。2 常见染料敏化剂理想的染料敏化剂需要满足以下条件 对单质结光电池来说 , 在 AM 1. 5 标准光源照射下 , 可吸收波长 920 nm以下所有 光波 , 即全 吸收染料。 带有羧基、 膦酸基类的侧基 , 使染料分子以配位键的形式牢固地吸附于金属氧化物半导体表 面。 以统一的量子产率将电子注入半导体膜中。 染 料激发态能级应与半导体导带的能级相匹配 , 以减小电子转移过程中的能量损失。 染料分子的电 子最低占据轨道 Low estUnoccup iedM olecular O rbita,lLUMO 应具有比半导体导带边缘更高的能量 , 且有较多的轨道重叠以利于电子向半导体注 入。 染料应有比电解质更正的氧化还原电位 , 以从氧化还原电解质或电动型导体中获得电子而重 生。 二是采用复合敏化剂 , 利用多种染料协同敏化的作用 , 互补以获得良好敏化效果。另外 , 在对染料敏化剂进行设计的同时 , 也应考虑与其直接接触的 T iO2薄膜 , 二者之间合理的界面设计 , 比如 T iO2 晶体的氧化涂层设计等也有利于电池性能的提高。随着染料敏化剂的进一步发展 , 染料敏化太阳能电池必将取得更大发展。参考文献 [ 1] R ichardA Kerr, Robert F Service. W hat can replace cheapoil - and when[ J]. Science, 2005, 309 101.[ 2] Bri anO Regan, M ichaelGr tze.l A low- cos,t high- efficiency solar cell based on dye- sensitizedcolloidal T iO2film s[ J]. Nature, 1991, 353 737- 740.[ 3] M icheal G r tze.l Photoelectrochem ical cells[ J]. Nature,2001, 414 338- 344.[ 4] Nazeeruddin M K, Kay A, Rodicio I, et a.l Conversion oflight to electricity by cis- X2 B is 2, 2 - b ipyridyl- 4, 4- dicarboxylate ruthenium , charge- transfer sensitizersX C1- , Br- , I- , CN- , and SCN- on nanocrystallineT iO2 electrodes[J]. J Am Chem Soc, 1993, 1156382- 6390.[ 5] M ichealGr tze.l C onversion of sunlight to electric power bynanocrystalline dye- sensitized solar cells[ J]. JPhotochemPhotobio A Chem, 2004, 164 3- 14.[ 6] AndersonH agfeld,t M ichael Gr tze.l M elecu lar photovoltaics[ J]. A ccChem Res, 2000, 33 269- 277.[ 7] H e Jianjun, G bor Benko, FerencKorod,i et a.l M odifiedphthalocyanines for efficient near- IR sensitization of nanostructured T iO2 electrode[ J]. JAm Chem Soc, 2002, 124 17 4922- 4932.[ 8] Y asuoCh iba, A sh rafu l Islam, Yuk iW atanabe, et a.l Dye- sensitized solar cellsw ith conversion efficiency of 11. 1[ J]. Jpn J App l Phys, 2006, 45 25 638- 640.[ 9] Gao Feife,i W angYuan, ShiDong, et a.l Enhance the optical absorptivity of nanocrystallineT iO2 film w ith highm olarextinction coefficient ruthenium sensitizer for h igh performance dye - sensitized solar cells [ J]. J Am Chem Soc,2008, 130 10720- 10728.[ 10] Mohammad K Nazeeruddin, Fili ppo De Angeli s, Smi onaFantacc,i et a.l Combined expermi ental and DFT - TDDFT computational study of photoelectrochem ical cell ruthenium sensitizers[ J]. J Am Chem Soc, 2005, 12716835- 16847.[ 11] Mohammad K Nazeeruddin, Peter Pechy, Th ierry Renouard, et a.l Engineering of efficient panchromatic sensitizers for nanocrystalline TiO2 - basedsolar cells[ J]. JAmChemSoc, 2001, 123 1613- 1624.[ 12] W ang Peng, Shaik M Zakeeruddin, JacquesE M oser, eta.l A stable quasi- solid- statedye- sensitized solar cellw ith an amphiphilic ruthenium sensitizer and polym er gelelectrolyte[ J]. NatM ater, 2003, 2 402- 407.[ 13] W ang Peng, Shaik M Zakeeruddin, JacquesE M oser, eta.l Stable new sensitizerw ith mi proved light harvesting fornanocrystalline dye- sensitizedsolar cells[ J]. Adv M ater, 2004, 16 20 1806- 1811.[ 14] W angPeng, K lein C, H umphry- BakerR, et a.l A highmolar extinction coefficient sensitizerfor stabledye- sensitized solar cells[ J]. JAm Chem Soc, 2005, 127 3 808- 809.[ 15] Daibin Kuang, CedricK lein, Seigo Ito, et a.l H igh- efficiency and stable m esoscopic dye- sensitized solar cellsbased on ah ighm olar extinction coefficient ruthenium sensitizer and nonvolatile electrolyte[ J]. Adv M ater, 2007,19 1133- 1137.[ 16] Chen Chia- Yuan, Wu Shi- Jhang, Li Jheng- Y ing, eta.l A new route to enhancethe light- harvesting capabilityof ruthenium complexed for dye- sensitizedsolar cells[ J].AdvM ater, 2007, 19 3888- 3891.[ 17] Gao Feife,i W angYuan, ShiDong, et a.l Enhance the optical absorptivity of nanocrystallineT iO2 film w ith h ighm olar extinction coefficient ruthenium sensitizer for high performance dye- sensitizedsolar cells[ J]. JAm Chem Soc,2008, 130 10720- 10728.[ 18] 吴迪 , 沈珍 , 薛兆历 , 等 . 卟啉类光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用 [ J]. 无机化学学报 , 2007, 23 1 1- 14.[ 19] H e Jianjun, Anders H agfeld,t Sten - E ric Lindquis.tPhthalocyanie- sensitizednanostructured T iO2 electrodes下转第 47页 42第 1 期 杨 丙 雨 等 近 代 火 试 金 分 析 在 中 国 的 传 播法或光谱法完成测定。上述新试金法的详细论述 , 试金过程的反应机理及具体操作方法参看文献 [ 8] 。目前应用最广的火试金法仍是铅试金和镍锍试金法 , 由于这两种方法能从大量试样中富集分离微量、 痕量、 超痕量贵金属元素 , 是其它分离方法无法比拟的 , 国家标准方法、 国际标准方法均加以选用 ,是现今贵金属分析最重要的方法。国外实验室已将火试金法作为贵金属矿物测定的首选方法 , 而且已有自动化程度较高的先进工业分析设备与之配套 ,每批次可分析试金样品达近百件 , 可完成规模分析生产任务。近年来我国也陆续引进此类设备 , 加快了火试金法的工业化应用步伐。而且 , 火试金已与先进的分析方法和分析手段紧密结合 , 如与 ICP-AES、 GFAAS、 ICP- M S、 INAA 以及各种光度法联用 ,可同时测定几种痕量贵金属元素。测定的准确度和精密度大大提高 , 并拓宽了实际应用的范围。贵金属分析对象已从传统的岩矿分析向功能材料分析、环境分析和生命科学分析方面转移 , 这些对象中贵金属含量极微 , 许多检测手段都无能为力 , 只有大量取样经火试金高度浓缩后用现代仪器分析检测才能达到要求。参考文献 [ 1] 杨丙雨 , 冯玉怀 . 中国古代的火试金法 [ J]. 贵金属 ,2009, 30 1 59- 62.[ 2] 潘吉星 . 阿格里柯拉的 -矿冶全书 . 及其在明代中国的流传 [ J]. 自然科学史研究 , 1983, 2 1 32- 44.[ 3] 徐光启 . 造强水法 [M ] / / 徐光启 . 徐光启手迹 影印本 .北京 中华书局 . 1962.[ 4] 王治浩 . 中国近代化学大事记 [ J]. 中国科技史料 , 1987,8 1 46- 58.[ 5] 黄玉珩 , 艾大成 . 中国古近代黄金史稿 [M ]. 北京 冶金工业出版社 , 1989.[ 6] 耿步蟾 . 山西矿产调查报告书 [ R ]. 太原 山西矿产测绘化分局 , 1915.[ 7] 艾大成 . 当代中国的黄金工业 [ M ]. 北京 当代中国出版社 , 1995.[ 8] 蔡树型 , 黄超 . 贵金属分析 [ M ]. 北京 冶金工业出版社 ,1984.上接第 42页 prepared by a novel anchoring m ethod[ J]. L angmuir,2001, 17 2743- 2747.[ 20] Y asuhiro Tachibana, IgorV Rubtsov, IvanM ontanar,i eta.l Transient lum inescence studies of electron injection indye sensitized nanocrystallineT iO2 film s[ J]. J PhotochemPhotobio A, 2001, 142 215- 220.[ 21] D engH H, ZhouY M, M aoH F, et a.l T hem ixed effectof phthalocyanine and porphyrin on the photoelectric conversion of a nanostructuredT iO 2 electrode[ J]. SynthM et,1998, 92 269- 274.[ 22] Sum an Cherian, Carl CW am ser. A bsorption and photoactivity of tetra 4 - carboxyphenyl porphyrin TCPP onnanoparticulateT iO2 [ J]. J Phys Chem B, 2000, 1043624- 3629.[ 23] W ayneM C am pbel,l K ennethW Jolley, Paw elW agner, eta.l H ighly effic ient porphyrin sensitizers for dye- sensitized solar cells[ J]. J PhysChem C, 2007, 111 11760- 11762.[ 24] N azeeruddin M d K, H umphry- B akerR, Gr tzelM, eta.l E fficient near- IR sensitization of nanocrystallineT iO2film s by zinc and alum inum phthalocyanines[ J]. J Porphyrins Phthalocyanines, 1999, 3 230- 237.[ 25] Fang J, Su L, W u J, et a.l F abrication, characterizationand photovoltaic studies of dye co- mod ified T iO2 electrodes[ J]. N J Chem, 1997, 270 145- 150.[ 26] Kohjiro H ara, Kazuhiro Sayam a, Y asuyo Ohga, et a.l Acoumarin- derivative dye sensitized nanocrystalline T iO 2solar cell having a high solar- energy conversion efficiencyup to 5. 6 [ J]. ChemCommun, 2001 569- 570.[ 27] Kohjiro H ara, M itsuhiko K urashige, Y asufum i Dan- oh,et a.l D esign of new coum arin dyes having th iophenemoieties for highly efficient organic - dye - sensitized solarcells[ J]. New J Chem, 2003, 27 5 783- 785.[ 28] W angZhongsheng, Cu i Y an, Yasufum i D an- oh, et a.lM olecular design of coum arin dyes for stable and efficientorganic dye- sensitized solar cells[ J]. J Phys Chem C,2008, 112 17011- 17017.[ 29] Emilio Palom ares, JohnN Clifford, Saif A H aque, et a.lControl of charge recombination dynam ics in dye sensitizedsolar cells by the use of conformally depositedm etal oxideblock ing layers[ J]. JAm Chem Soc, 2003, 125 475-482.47

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