染料敏化太阳能电池中苯胺类染料光电性质的理论研究

发布时间：2021-07-13 00:29

　　随着当今社会快速的发展,人类对能源的需求在不断增长。但是日益衰竭的化石能源已经远远不能满足社会快速发展的需求,并且还会带来环境污染、能源短缺等严重问题。发展可再生能源是解决上述问题的有效途径之一。太阳能在可再生能源中具有以下独特的优势:第一,太阳能不受地域限制,可以直接收集利用;第二,太阳能是最好的清洁能源之一;第三,太阳能储备充足,每年太阳辐射在地球上的能量将近130万亿吨煤。太阳能电池是直接利用太阳能的有效途径,其种类繁多,包括硅基太阳能电池、钙钛矿太阳能电池以及染料敏化太阳能电池等等。其中,染料敏化太阳能电池因其具有制造过程简单、成本低廉、环境友好等优点而成为科学家们研究的热点。染料敏化剂是染料敏化太阳能电池的重要组分之一,对电池的整体效率起着至关重要的作用。与金属类染料相比,有机染料具有原材料丰富、摩尔吸光率高、制备工艺简单以及分子结构可调控等优点。但是,目前有机敏化剂类电池的光电转换效率还普遍偏低,严重制约了其大规模的商业化生产。所以,寻找高效、廉价的有机敏化剂是染料敏化太阳能电池领域的研究热点。有机染料结构多变,样式繁多,如何从诸多的染料中挑拣出性能优异的敏化剂是提升电池整... 

【文章来源】：河南大学河南省

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

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第一章绪论31.2.2染料敏化太阳能电池的结构与工作原理染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种直接将太阳辐射转化为电流的半导体光伏器件。主要由图1-2所示的四部分组成：(1)光电阳极，由沉积在透明导电玻璃基板上的中孔氧化物层(通常为TiO2)组成，用来分离和传输电荷。(2)敏化剂，染料敏化太阳能电池的核心组成部分之一，主要是捕获太阳光并产生激发电子。(3)对电极，通常是由镀铂导电玻璃基板制成，主要是催化还原处于氧化状态的电解质。(4)氧化还原电解质，收集对电极上的电子，促进染料的再生；考虑到器件的稳定性，通常采用I-/I3-与Co(II/III)氧化还原对。图1-2染料敏化太阳能电池的结构及工作原理染料敏化太阳能电池的工作原理类似于光合作用，主要包括以下几部分：(1)染料相当于植物中的叶绿素，是光收集元件，吸收太阳光后电子由基态跃迁至激发态，随即激发态的电子注入到TiO2半导体的导带中；(2)电子扩散至导带基底后流入外电路；(3)处于氧化态的染料被电解质还原再生；(4)氧化态的电解质从对电极接受电子后被还原，从而完成一次循环。在太阳光的照射下，此循环过程可以一直进行，持续产生光电流。

第一章绪论5图1-3多吡啶钌(II)配合物以及N3、N719和N749染料的分子结构式图1-4染料RC-T51、RC-T52和RC-T53的分子结构式卟啉化合物因在可见光区具有很强的光吸收能力和可修饰反应位点受到了众多研究者广泛而深入的研究。2009年，Diau,Yeh及同事开发了第一个D-π-A型“推拉”卟啉染料，其代表性分子编码为YD1[14](图1-5)。与参考染料YD0(图1-5)相比，YD1的光电转换效率为6.0%，大大高于YD0的2.4%。基于YD1开拓性的工作，该研究小组于2010年报道了一系列基于二芳基氨基供体的染料，其中代号YD2(图1-5)染料效率可达6.56%。这为后来开发具有里程碑意义的染料YD2-o-C8[15]和SM315[16](图1-6)奠定了坚实的基矗目前，使用钴基电解质的敏化剂SM315的光电转化效率高达13%。迄今为止依旧是此类敏化剂最高效率保持者。Zhou等人在染料SM315和SGT-021(图1-7)的


本文编号：3280962