二氢吲哚染料敏化TiO_2太阳电池的特性研究

将一种新型纯有机二氢吲哚染料D102(C_(37)H_(30)N_2O_3S_2)用于敏化纳米晶TiO_2太阳电池,未经任何优化时电池参数为:J_(SC)=8.65mA/cm^2,V_(OC)=0.63V,总光电转换效率可达3.47%;经过紫外照射10min处理,同样测试条件下电池的短路电流达到11.31mA/cm^2,效率为3.99%。同时,通过紫外照射前后染料的最高占据轨道能级和最低空轨道、电池的光电导等的研究,讨论了电流大幅度提高的原因。

二氢吲哚类染料用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对四种二氢吲哚染料进行研究,从中筛选出相对优秀的染料敏化太阳能电池光敏剂.对前线分子轨道的计算表明,二氢吲哚染料的前线分子轨道结构非常有利于染料激发态向TiO2电极的电子注入.对真空中的紫外和可见光吸收光谱的计算表明,二氢吲哚染料的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配较好.对染料分子的能级计算表明,二氢吲哚染料的能级结构比较适合于I-/I-3作电解液的TiO2纳米晶太阳能电池的光敏剂.二氢吲哚染料最低未占据分子轨道(LUMO)能级均比TiO2晶体导带边能级高,能够保证激发态染料分子高效地向TiO2电极转移电子.二氢吲哚染料最高占据分子轨道(HOMO)的能级比I-/I3-能级低,保证了失去电子的染料分子能够顺利地从电解液中得到电子.与实验数据比较,得出在提高染料敏化太阳能电池转换效率方面,对染料的关键要求是LUMO能级的位置.染料分子的稳定性是染料敏化太阳能电池使用寿命的关键因素.通过对化学键键长的比较表明,二氢吲哚染料的分子稳定性基本相同.对计算结果的分析表明,二氢吲哚染料1(ID1)的LUMO能级最高,分子稳定性最好,在酒精溶液中的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配很好,在同类染料中是较好的染料敏化太阳能电池光敏剂.

以CuPc为空穴传输层的染料敏化异质结电池的特性研究

制备以酞菁铜CuPc为空穴传输层,有机染料-二氢吲哚D102(C37H30N2O3S2)为敏化染料的染料敏化异质结电池DSH(Dye-sensitized heterojunction solar cells)。研究不同厚度CuPc空穴传输层:40 nm、80 nm和120 nm的电池的性能,得到在其厚度为40 nm时,电池的Jsc=248.3μA/cm2,Voc=0.61V,=0.042%(80 mW/cm2氙灯测试)。对比采用I3-/I-氧化-还原对为液态电解质的染料敏化TiO2纳米晶太阳电池,分析以CuPc为空穴传输层的DSH电池效率较低的原因。