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第圆猿卷第圆辕猿期圆园员员年猿月化摇学摇进摇展孕砸韵郧砸耘杂杂陨晕悦匀耘酝陨杂栽砸再灾燥造援圆猿晕燥援圆辕猿摇酝葬则援袁圆园员员摇摇收稿院圆园员园年员园月袁收修改稿院圆园员园年员员月摇鄢天津市自然科学基金项目渊晕燥援园愿允悦在阅允悦员远怨园园冤资助鄢鄢悦燥则则藻泽责燥灶凿蚤灶早葬怎贼澡燥则摇藻鄄皂葬蚤造院造蚤曾蚤葬灶早早葬燥岳澡燥贼皂葬蚤造援糟燥皂染料敏化太阳能电池用敏化剂鄢李祥高鄢鄢摇吕海军摇王世荣摇郭俊杰摇李摇靖渊天津大学化工学院摇天津猿园园园苑圆冤摘摇要摇染料敏化太阳能电池是太阳能电池的重要发展方向之一袁染料敏化剂是影响电池光电转换效率的重要组分袁也一直是太阳能电池材料的研究热点遥经过圆园多年的研究袁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遥本文依据染料结构特征袁将金属配合物染料分为钌的多吡啶配合物尧其它金属渊如韵泽尧孕贼冤的多吡啶配合物尧卟啉及酞菁类配合物分别加以讨论袁对其光敏性能进行了详细评述遥纯有机染料结构主要遵循电子给体鄄仔桥鄄电子受体的电子推拉体系渊凿燥灶燥则鄄仔鄄葬糟糟藻责贼燥则袁阅鄄仔鄄粤冤袁本文将其分为多烯类尧香豆素类尧咔唑类尧吲哚类尧芴类和三苯胺类染料分别阐述袁详细讨论了各类有机染料结构和光电性能之间的关系遥关键词摇太阳能电池摇敏化染料摇金属配合物染料摇有机染料中图分类号院栽酝怨员源郾源曰韵远员源曰韵远圆远摇文献标识码院粤摇文章编号院员园园缘鄄圆愿员载渊圆园员员冤园圆辕猿鄄园缘远怨鄄圆园杂藻灶泽蚤贼蚤扎藻则泽燥枣阅赠藻鄄杂藻灶泽蚤贼蚤扎藻凿杂燥造葬则悦藻造造泽蕴蚤载蚤葬灶早早葬燥鄢鄢摇蕴俟匀葬蚤躁怎灶摇宰葬灶早杂澡蚤则燥灶早摇郧怎燥允怎灶躁蚤藻摇蕴蚤允蚤灶早渊杂糟澡燥燥造燥枣悦澡藻皂蚤糟葬造耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早葬灶凿栽藻糟澡灶燥造燥早赠袁栽蚤葬灶躁蚤灶哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁栽蚤葬灶躁蚤灶猿园园园苑圆袁悦澡蚤灶葬冤粤遭泽贼则葬糟贼摇阅赠藻鄄泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻凿泽燥造葬则糟藻造造泽渊阅杂杂悦泽冤葬则藻燥灶藻燥枣贼澡藻皂葬蚤灶凿藻增藻造燥责皂藻灶贼贼则藻灶凿泽燥枣泽燥造葬则糟藻造造泽援阅赠藻泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻则袁憎澡蚤糟澡早则藻葬贼造赠葬枣枣藻糟贼泽贼澡藻责澡燥贼燥藻造藻糟贼则燥灶蚤糟藻枣枣蚤糟蚤藻灶糟赠燥枣泽燥造葬则糟藻造造泽袁蚤泽葬造造葬造燥灶早葬灶蚤皂责燥则贼葬灶贼则藻泽藻葬则糟澡枣燥糟怎泽蚤灶贼澡藻枣蚤藻造凿燥枣糟藻造造皂葬贼藻则蚤葬造泽援栽澡藻泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻则泽怎泽藻凿蚤灶阅杂杂悦葬则藻皂葬蚤灶造赠凿蚤增蚤凿藻凿蚤灶贼燥贼憎燥贼赠责藻泽院皂藻贼葬造糟燥皂责造藻曾凿赠藻葬灶凿燥则早葬灶蚤糟凿赠藻葬糟糟燥则凿蚤灶早贼燥则藻泽藻葬则糟澡则藻泽怎造贼泽凿怎则蚤灶早则藻糟藻灶贼贼憎藻灶贼赠赠藻葬则泽援韵灶贼澡藻遭葬泽蚤泽燥枣凿蚤枣枣藻则藻灶贼泽贼则怎糟贼怎则藻泽袁贼澡藻皂藻贼葬造糟燥皂责造藻曾泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻则泽怎贼蚤造蚤扎藻凿蚤灶阅杂杂悦糟葬灶遭藻糟造葬泽泽蚤枣蚤藻凿蚤灶贼燥责燥造赠责赠则蚤凿赠造糟燥皂责造藻曾泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻则泽燥枣则怎贼澡藻灶蚤怎皂葬灶凿燥贼澡藻则皂藻贼葬造泽怎糟澡葬泽燥泽皂蚤怎皂葬灶凿责造葬贼蚤灶怎皂袁皂藻贼葬造责燥则责澡赠则蚤灶葬灶凿责澡贼澡葬造燥糟赠葬灶蚤灶藻泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻则泽袁葬灶凿贼澡藻蚤则责澡燥贼燥藻造藻糟贼则蚤糟糟燥灶增藻则泽蚤燥灶责则燥责藻则贼蚤藻泽葬则藻则藻增蚤藻憎藻凿蚤灶凿藻贼葬蚤造援韵则早葬灶蚤糟凿赠藻泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻则泽憎蚤贼澡早藻灶藻则葬造泽贼则怎糟贼怎则藻燥枣野凿燥灶燥则渊阅冤鄄仔糟燥灶躁怎早葬贼蚤燥灶遭则蚤凿早藻鄄葬糟糟藻责贼燥则渊粤冤冶葬则藻憎蚤凿藻造赠怎泽藻凿蚤灶阅杂杂悦遭藻糟葬怎泽藻燥枣贼澡藻蚤则澡蚤早澡皂燥造葬则藻曾贼蚤灶糟贼蚤燥灶糟燥藻枣枣蚤糟蚤藻灶贼葬灶凿造燥憎糟燥泽贼援栽澡藻则藻造葬贼蚤燥灶泽燥枣责澡燥贼燥藻造藻糟贼则蚤糟糟燥灶增藻则泽蚤燥灶责则燥责藻则贼蚤藻泽憎蚤贼澡泽贼则怎糟贼怎则藻泽燥枣燥则早葬灶蚤糟凿赠藻泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻则泽蚤灶糟造怎凿蚤灶早燥造蚤早燥藻灶藻凿赠藻袁糟燥怎皂葬则蚤灶凿赠藻袁糟葬则遭葬扎燥造藻凿赠藻袁蚤灶凿燥造蚤灶藻凿赠藻袁枣造怎燥则藻灶藻凿赠藻葬灶凿贼则蚤责澡藻灶赠造葬皂蚤灶藻凿赠藻葬则藻则藻增蚤藻憎藻凿蚤灶凿藻贼葬蚤造援运藻赠憎燥则凿泽摇凿赠藻鄄泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻凿泽燥造葬则糟藻造造泽渊阅杂杂悦泽冤曰凿赠藻泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻则泽曰皂藻贼葬造糟燥皂责造藻曾凿赠藻曰燥则早葬灶蚤糟凿赠藻悦燥灶贼藻灶贼泽员摇陨灶贼则燥凿怎糟贼蚤燥灶圆摇杂贼则怎糟贼怎则藻葬灶凿燥责藻则葬贼蚤燥灶责则蚤灶糟蚤责造藻燥枣阅杂杂悦猿摇阅赠藻泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻则泽猿郾员摇酝藻贼葬造糟燥皂责造藻曾凿赠藻猿郾圆摇韵则早葬灶蚤糟凿赠藻源摇悦燥灶糟造怎泽蚤燥灶泽员摇引言染料敏化太阳能电池渊凿赠藻鄄泽藻灶泽蚤贼蚤扎藻凿泽燥造葬则糟藻造造泽袁阅杂杂悦泽冤作为重要的太阳能电池研究方向是员怨怨员年窑缘苑园摇摇窑化摇学摇进摇展第圆猿卷由郧则覿贼扎藻造教授等发明的咱员暂袁目前此类电池的光电转化效率可稳定在员园豫左右袁电池制作工艺简单袁无需昂贵的工业设备和高洁净度的厂房设施袁成本仅为硅太阳能电池的员辕缘要员辕员园袁所使用的纳米二氧化钛渊栽蚤韵圆冤半导体薄膜和电解质等材料安全尧无毒遥阅杂杂悦正是以这些符合太阳能电池发展趋势的优点而日益受到国内外科学家的普遍重视袁并在将近圆园年的时间里始终是太阳能光伏领域的研究热点咱圆袁猿暂遥圆摇阅杂杂悦的结构和运行原理染料敏化太阳能电池主要由以下几部分组成渊图员冤咱员袁源袁缘暂院透明导电玻璃尧纳米二氧化钛多孔半导体薄膜尧染料光敏剂尧电解质和透明对电极遥在阅杂杂悦中袁光电转换过程通常可分为院渊员冤光激发产生电子空穴对曰渊圆冤电子空穴对分离曰渊猿冤向外电路输运曰渊源冤氧化态染料的再生曰渊缘冤电解质的再生遥图员摇阅杂杂悦结构和运行示意图咱缘暂云蚤早援员摇杂贼则怎糟贼怎则藻葬灶凿燥责藻则葬贼蚤燥灶责则蚤灶糟蚤责造藻燥枣阅杂杂悦咱缘暂阅杂杂悦的评价参数主要有缘个咱远暂院短路电流密度渊允杂悦冤尧开路电压渊灾韵悦冤尧入射单色光电转换效率渊陨孕悦耘冤尧填充因子渊云云冤和光电转换效率渊浊冤遥各参数之间的关系如下院陨孕悦耘渊姿冤越晕藻辕晕责越员圆源园允泽糟辕渊姿伊孕蚤灶冤云云越孕皂葬曾辕渊允泽糟伊灾燥糟冤越渊陨燥责贼伊灾燥责贼冤辕渊允泽糟伊灾燥糟冤浊越孕皂葬曾辕孕蚤灶越渊云云伊允泽糟伊灾燥糟冤辕孕蚤灶式中允泽糟尧姿和孕蚤灶所使用的单位分别为滋粤窑糟皂原圆尧灶皂和宰窑皂原圆袁陨燥责贼院电池昀大输出功率时的光电流袁灾燥责贼院电池昀大输出功率时的光电压遥猿摇染料敏化剂在染料敏化太阳能电池中袁染料敏化剂具有非常重要的作用袁它们通过吸收太阳光将基态的电子激发到激发态中袁然后再注入半导体的导带袁而空穴则留在染料分子中袁实现了电荷的分离遥染料敏化剂起着收集能量的作用袁类似于自然界中的叶绿素和胡萝卜素在光合作用中的用途遥染料的性能直接影响染料敏化太阳能电池的光电转换效率袁高性能的染料敏化剂需要具有以下特点咱苑暂院渊员冤染料分子的电子昀低未占据轨道渊蕴哉酝韵冤的能量应该高于半导体导带边缘的能量袁且需有良好的轨道重叠以利于电子的注入曰渊圆冤染料分子需要牢固吸附于半导体的表面袁这样染料激发生成的电子可以有效注入到半导体的导带中曰渊猿冤染料分子应该具有比电解质中的氧化还原电对更正的氧化还原电势袁这样染料分子能够很快得到来自还原态的电解质的电子而重生曰渊源冤染料在长期光照下具有良好的化学稳定性袁能够完成员园愿次循环反应曰渊缘冤染料的氧化态和激发态要有较高的稳定性曰渊远冤理想的染料在整个太阳光光谱范围内都应该有较强的吸收曰渊苑冤染料分子能溶解于与半导体共存的溶剂袁这样有利于在栽蚤韵圆表面形成非聚集的单分子染料层遥经过圆园多年的研究袁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咱愿袁怨暂遥金属配合物染料吸收太阳光后产生金属中心到配体的电子跃迁渊酝蕴悦栽冤并将电子注入到光阳极的半导体导带中袁这类染料主要包括砸怎尧韵泽尧孕贼等的多吡啶配合物尧酞菁类和卟啉类配合物袁其中研究昀深入的是钌的配合物遥纯有机染料敏化剂吸收太阳光后袁通过内分子仔鄄仔鄢的电子跃迁将电子注入到半导体导带中遥纯有机染料主要包括多烯类尧香豆素类尧咔唑类尧吲哚类尧芴类尧三苯胺类等染料遥猿郾员摇金属配合物染料猿郾员郾员摇钌多吡啶基配合物染料在染料敏化太阳能电池研究方面袁羧酸多吡啶钌系列敏化剂是现在应用昀多的一类染料敏化剂袁它具有非常高的化学稳定性尧突出的氧化还原性和良好的可见光谱响应特性袁较好地符合了高性能光敏染料的特征遥作为光敏化剂袁羧酸多吡啶钌系列敏化剂一直保持着染料敏化太阳能电池中的昀高能量转换记录遥员怨怨员年郧则覿贼扎藻造等在晕葬贼怎则藻上发表了以一个三核联吡啶钌染料为敏化剂咱员暂袁以纳米栽蚤韵圆薄膜作为光阳极的敏化电池袁其光电转换效率在粤酝造援缘渊员园园皂宰窑糟皂原圆冤模拟日光照射下可达苑郾员豫要苑郾怨豫袁它的出现为光电化学电池的发展带来了革命性的创新袁因此这类电池又被称为郧则覿贼扎藻造电池遥基于羧酸多吡啶钌敏化剂的电池袁其光电转第圆辕猿期李祥高等摇染料敏化太阳能电池用敏化剂窑缘苑员摇摇窑换效率已经超过员员豫袁且一直保持着染料敏化太阳能电池的昀高光电转换效率记录咱愿暂遥猿郾员郾员郾员摇晕猿尧晕苑员怨和遭造葬糟噪凿赠藻员怨怨猿年郧则覿贼扎藻造研究组合成并系统研究了形如糟蚤泽鄄砸怎蕴圆载圆渊蕴越源袁源忆鄄二羧酸鄄圆袁圆忆鄄联吡啶袁载越悦造尧月则尧陨尧悦晕尧晕悦杂冤结构染料的光电性能袁其中以载越晕悦杂时袁被称为野红染料冶的晕猿具有突出的光电性能袁基于晕猿的染料敏化太阳能电池光电转换效率达到员园豫咱员园暂袁成为敏化太阳能电池研究史上首个突破员园豫光电转换效率的染料遥将晕猿的两个羧基与四丁基氢氧化铵作用袁引入灶鄄月怎源晕基团袁减少了游离的氢袁增加了电池的开路电压袁基于染料晕苑员怨的敏化太阳能电池得到了创纪录的员员郾员愿豫的光电转换效率咱员员暂遥晕猿和晕苑员怨是两个研究较早袁也是染料敏化太阳能电池研究中应用昀多的光敏染料袁经常被用作参比染料同新开发的染料作对比遥为扩展光响应范围袁郧则覿贼扎藻造等对配体加以改进袁将联吡啶环扩大袁增大了共轭体系袁使羧基合并到一个配体中袁并且增加了硫氢根的数量袁从而使染料在整个怨圆园灶皂的可见光范围内都有良好的吸收袁并在很大波长范围内获得了超过愿园豫的陨孕悦耘值袁称为全吸收染料遭造葬糟噪凿赠藻咱员圆暂遥和晕猿相比袁遭造葬糟噪凿赠藻摇摇摇图圆摇晕猿袁晕苑员怨和遭造葬糟噪凿赠藻云蚤早援圆摇晕猿袁晕苑员怨葬灶凿遭造葬糟噪凿赠藻表员摇晕猿袁晕苑员怨和遭造葬糟噪凿赠藻的吸收光谱和光电性能栽葬遭造藻员摇悦燥造造藻糟贼蚤燥灶燥枣葬遭泽燥则责贼蚤燥灶泽责藻糟贼则葬袁责澡燥贼燥藻造藻糟贼则蚤糟责藻则枣燥则皂葬灶糟藻燥枣阅杂杂悦遭葬泽藻凿燥灶晕猿袁晕苑员怨葬灶凿遭造葬糟噪凿赠藻凿赠藻葬遭泽辕灶皂渊着辕员园猿皂圆窑皂燥造原员冤允泽糟渊皂粤窑糟皂原圆冤灾燥糟渊皂灾冤云云浊渊豫冤则藻枣晕猿缘猿圆渊员郾源圆冤员愿郾圆苑圆园园郾苑猿员园员园晕苑员怨缘猿圆渊员郾源园冤员苑郾苑猿愿源远园郾苑缘员员郾员愿员员遭造葬糟噪凿赠藻远园缘渊园郾苑缘冤圆园郾缘猿苑圆园园郾苑园源员园郾源员圆在半导体膜上的吸附量下降了猿园豫袁但由于遭造葬糟噪凿赠藻将可见光吸收范围大大扩展袁弥补了这一缺陷袁获得了很高的短路电流袁允杂悦越圆园郾缘猿皂粤窑糟皂原圆袁昀大吸收波长姿皂葬曾越远园缘灶皂袁光电转换效率浊越员园郾源豫渊粤酝员郾缘袁员园园皂灾辕糟皂圆冤遥晕猿袁晕苑员怨和遭造葬糟噪凿赠藻的结构式和光电性能分别见图圆和表员遥猿郾员郾员郾圆摇钌联吡啶基两亲性染料晕猿袁晕苑员怨和遭造葬糟噪凿赠藻性能优越袁但都存在脱吸问题遥为克服这个缺点袁郧则覿贼扎藻造等将烷基链引入联吡啶环合成了具有两亲性的钌化合物袁以在怨园苑咱员猿暂为代表遥由于源袁源忆鄄二羧酸鄄圆袁圆忆鄄二联吡啶具有亲水性袁烷基链具有憎水性袁烷基链引入使得整个染料分子的责运葬值升高袁因而这类化合物能够更牢固地吸附在栽蚤韵圆电极的表面袁这种两亲性使得它们即便是在有少量
本文标题:染料敏化太阳能电池用敏化剂
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