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
发布时间：2021-06-11 13:45
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TiO2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。
【文章来源】：化学通报. 2020,83(08)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【图文】：
组装体在TiO2电极表面配位自组装过程
CPs1和CPs2聚合物单体在DMF溶液中以及组装体CPsx-ZnPA敏化在TiO2薄膜上的紫外可见吸收光谱如图2所示。聚合物单体在溶液中和组装体在TiO2薄膜表面的紫外可见吸收均表现出卟啉特征吸收峰:在400～450 nm附近存在较强的Soret带,在530～630 nm有中等强度的Q带吸收峰,二者均是由卟啉大环中电子的π-π*跃迁造成[32]。组装体CPs2-ZnPA的光谱与CPs1-ZnPA相比发生了明显红移,表明组装体CPs2-ZnPA具有较好的光捕获能力,说明A4型二氢噻唑结构具有较多吸光官能团。此外,在TiO2薄膜上的紫外吸收与溶液中的吸收峰相比出现了轻微的红移和明显的展宽,这表明卟啉染料与TiO2薄膜之间存在着一定的电子耦合,在TiO2表面发生了聚集[33,34]。详细的紫外吸收光谱数据见表1。表1 CPs1、CPs2(DMF溶液中)及CPs1-ZnPA、CPs2-ZnPA(在TiO2薄膜表面)的紫外-可见吸收光谱的最大峰值Tab.1 The peak wavelength of the UV-Vis absorption spectra of CPsx in DMF solution and CPsx-ZnPA on the TiO2 thin films Dye λmax/nm CPs1 432,561,601 CPs1-ZnPA 433,563,603 CPs2 435,564,606 CPs2-ZnPA 439,565,607
聚合物双层染料CPsx-ZnPA敏化在TiO2薄膜上作为DSSCs器件的工作电极,分别在模拟太阳光(即AM 1.5G)下测量组装体敏化剂电池器件的光伏性能。其中在350～700 nm范围内测试了其单色光下的IPCE。为了进一步验证组装体有效的敏化在TiO2表面,进行上层聚合物卟啉CPsx以物理吸附的方式直接敏化在TiO2电极表面(不含锚定卟啉ZnPA)的对照实验,实验方法与测试条件和组装体器件一致。上层聚合物卟啉CPsx几乎没有光电响应,这说明锚定卟啉ZnPA有效敏化在TiO2电极表面并通过配体与上层卟啉中心金属形成配体-金属轴向配位过程。如图3(a)所示,组装体CPsx-ZnPA染料器件的IPCE光谱展示了卟啉染料特有的B、Q带能量转换,这与相应的紫外吸收光谱趋势类似。CPs2-ZnPA装置具有较好的IPCE光谱响应,说明A4型二氢噻唑基团对光的捕获能力很强,尤其是Q带的吸收,并且A4型含有4个二氢噻唑基团,具有多电子传输通道。因为噻唑基团中的S原子有效提高了该基团的富电子能力,从而使得光谱响应展宽,与薄膜上的紫外吸收光谱变化趋势一致。IPCE的大小顺序为:ZnPA<CPs1-ZnPA<CPs2-ZnPA,这与下面讨论的光电流大小顺序一致。轴向配位自组装与文献报道的自组装太阳能电池[35]相比展示了较好的光伏性能。在辐照度为100mW·cm-2即AM 1.5G 模拟太阳光下测量组装体敏化剂电池器件的J-V曲线,其短路电流密度(Jsc)、开路电压(Voc)、填充因子(FF)以及光电转换效率(η)见表2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电荷分离型染料在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究[J]. 杨骁,李巍,许芳,汪天洋,刘东志,周雪琴. 化学通报. 2019(08)
[2]量子点敏化太阳能电池对电极材料的研究进展[J]. 孟祥东,尹默,舒婷,胡悦,孙萌,于兆亮,李海波. 无机材料学报. 2018(05)
[3]染料敏化太阳能电池中meso-D-π-A卟啉分子设计的研究进展[J]. 凡素华,武海,朱梦梦,刘锐锐,柴梦晴,张文保. 化学通报. 2016(02)
[4]共吸附剂在染料敏化太阳电池中的应用[J]. 李洁,孔凡太,戴松元,王孔嘉. 化学通报. 2010(03)
硕士论文
[1]卟啉配位自组装染料敏化太阳能电池[D]. 曹靖.西北师范大学 2014
本文编号：3224650
【文章来源】：化学通报. 2020,83(08)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【图文】：
组装体在TiO2电极表面配位自组装过程
CPs1和CPs2聚合物单体在DMF溶液中以及组装体CPsx-ZnPA敏化在TiO2薄膜上的紫外可见吸收光谱如图2所示。聚合物单体在溶液中和组装体在TiO2薄膜表面的紫外可见吸收均表现出卟啉特征吸收峰:在400～450 nm附近存在较强的Soret带,在530～630 nm有中等强度的Q带吸收峰,二者均是由卟啉大环中电子的π-π*跃迁造成[32]。组装体CPs2-ZnPA的光谱与CPs1-ZnPA相比发生了明显红移,表明组装体CPs2-ZnPA具有较好的光捕获能力,说明A4型二氢噻唑结构具有较多吸光官能团。此外,在TiO2薄膜上的紫外吸收与溶液中的吸收峰相比出现了轻微的红移和明显的展宽,这表明卟啉染料与TiO2薄膜之间存在着一定的电子耦合,在TiO2表面发生了聚集[33,34]。详细的紫外吸收光谱数据见表1。表1 CPs1、CPs2(DMF溶液中)及CPs1-ZnPA、CPs2-ZnPA(在TiO2薄膜表面)的紫外-可见吸收光谱的最大峰值Tab.1 The peak wavelength of the UV-Vis absorption spectra of CPsx in DMF solution and CPsx-ZnPA on the TiO2 thin films Dye λmax/nm CPs1 432,561,601 CPs1-ZnPA 433,563,603 CPs2 435,564,606 CPs2-ZnPA 439,565,607
聚合物双层染料CPsx-ZnPA敏化在TiO2薄膜上作为DSSCs器件的工作电极,分别在模拟太阳光(即AM 1.5G)下测量组装体敏化剂电池器件的光伏性能。其中在350～700 nm范围内测试了其单色光下的IPCE。为了进一步验证组装体有效的敏化在TiO2表面,进行上层聚合物卟啉CPsx以物理吸附的方式直接敏化在TiO2电极表面(不含锚定卟啉ZnPA)的对照实验,实验方法与测试条件和组装体器件一致。上层聚合物卟啉CPsx几乎没有光电响应,这说明锚定卟啉ZnPA有效敏化在TiO2电极表面并通过配体与上层卟啉中心金属形成配体-金属轴向配位过程。如图3(a)所示,组装体CPsx-ZnPA染料器件的IPCE光谱展示了卟啉染料特有的B、Q带能量转换,这与相应的紫外吸收光谱趋势类似。CPs2-ZnPA装置具有较好的IPCE光谱响应,说明A4型二氢噻唑基团对光的捕获能力很强,尤其是Q带的吸收,并且A4型含有4个二氢噻唑基团,具有多电子传输通道。因为噻唑基团中的S原子有效提高了该基团的富电子能力,从而使得光谱响应展宽,与薄膜上的紫外吸收光谱变化趋势一致。IPCE的大小顺序为:ZnPA<CPs1-ZnPA<CPs2-ZnPA,这与下面讨论的光电流大小顺序一致。轴向配位自组装与文献报道的自组装太阳能电池[35]相比展示了较好的光伏性能。在辐照度为100mW·cm-2即AM 1.5G 模拟太阳光下测量组装体敏化剂电池器件的J-V曲线,其短路电流密度(Jsc)、开路电压(Voc)、填充因子(FF)以及光电转换效率(η)见表2。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电荷分离型染料在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究[J]. 杨骁,李巍,许芳,汪天洋,刘东志,周雪琴. 化学通报. 2019(08)
[2]量子点敏化太阳能电池对电极材料的研究进展[J]. 孟祥东,尹默,舒婷,胡悦,孙萌,于兆亮,李海波. 无机材料学报. 2018(05)
[3]染料敏化太阳能电池中meso-D-π-A卟啉分子设计的研究进展[J]. 凡素华,武海,朱梦梦,刘锐锐,柴梦晴,张文保. 化学通报. 2016(02)
[4]共吸附剂在染料敏化太阳电池中的应用[J]. 李洁,孔凡太,戴松元,王孔嘉. 化学通报. 2010(03)
硕士论文
[1]卟啉配位自组装染料敏化太阳能电池[D]. 曹靖.西北师范大学 2014
本文编号：3224650
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3224650.html
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