一种新型香豆素酮可见光敏化染料的合成及其光引发性质的研究

高效的可见光光敏引发体系是目前光聚合研究中的重要领域 .3 ,3′ 二 ( 7 二乙胺基 )香豆素酮 (R)已被公认为一种高效的可见光聚合敏化染料 ,并可以与Ar+ 激光 488nm波长匹配 .本文新合成了一种染料 3 ( 4 二乙胺基 -苯丙烯酰基 ) 7 二乙胺基香豆素 (S) .实验发现在普通碘钨灯照射下 ,S/邻氯六芳基双咪唑 (HABI)体系具有比已有高效染料R/HABI体系更快的光漂白速度和更高的引发聚合效率 ,是一种新型高效的可见光光敏聚合引发体系 .而且S在不同溶剂中的最大吸收波长在 45 2～ 489nm之间 ,比R红移 16～ 3 0nm ,因此该体系可以更好地与Ar+ ( 4 88nm)激光器匹配 .

共轭单元调控三苯胺类敏化染料电子激发性质的计算研究

为了增强传统乙烯键π桥的拉电子能力,针对经典D-A-π-A型三苯胺基敏化染料在电荷转移过程中的分子内回流现象,通过在额外受体苯并噻二唑和π桥乙烯之间增加苯、噻吩、呋喃和吡咯等共轭单元设计了4个新的染料分子,基于第一性原理计算探究了共轭单元对染料RL1激发态的调控作用。结果表明,苯并噻二唑在起到额外受体电子推拉作用的同时,由于较强的吸电子能力,导致一定的电子回流;设计的4种染料分子与RL1染料相比,苯、噻吩、呋喃和吡咯既减弱了苯并噻二唑的吸电子能力,又起到了一定的电子供体作用,明显增强了氰基乙酸基团的吸电子能力。在染料分子的设计和合成中,研究结果可为进一步提升染料的光电转化效率提供理论依据。

新型含有多氰基受体单元的近红外敏化染料的合成及其光伏性能研究

本文分别以三苯胺、二甲基苯胺和吲哚啉单元为电子给体,设计并合成了3个新型D-π-A体系近红外敏化染料分子5C-1、5C-2和5C-3,并对其结构进行了表征,详细研究了在溶液中以及吸附到电极上的吸收光谱.该系列敏化染料在550—850 nm之间具有较强的吸收,尤其5C-3的吸收边带已达到954 nm.当该系列敏化染料吸附到Ti O2上时,吸收边带大幅红移,显示有利于染料捕获长波段区域的太阳光.通过循环伏安法,测定了染料的电化学性质,发现该系列敏化染料的最低未占有轨道(LUMO)能级与Ti O2导带并不匹配,因此选用导带能级更正的SnO2作为阳极半导体材料进一步测试了该系列染料的光电性能,以发展具有优良性能的长波段响应的近红外敏化剂.

染料敏化太阳能电池中敏化染料分子合成研究

一、染料敏化太阳能电池简介随着全球对能源需求的增加,发展可再生资源成为人们解决能源问题的重要出路。太阳能在经济、环保、可持续发展等方面优点显著,因而对太阳能电池的研究具有重要的显示意义。染料敏化电池是太阳能电池的一种,其原理为:染料受光照激发,激发态的染料分子将电子注入半导体电极的导带中,从而使电子被输运到外电路;同时激发态的染料分子被电解质还原。

基于吩噻嗪供体的敏化染料的合成及其光电性质

以吩噻嗪为供体,设计并合成了具有D-A-π-A或D-π-A结构的有机敏化染料2-氰基-3-{5-[7-(10-己基吩噻嗪-3-基)-苯并[1,2,5]噻二唑-4-基]-2-噻吩基}-丙烯酸(CVBTP)和2-氰基-3-{5-[7-(10-己基吩噻嗪-3-基)-2-噻吩基}-丙烯酸(CVTP)。在结构表征的基础上,研究了结构变化对敏化染料的光物理性质、电化学性质和光伏性能的影响。结果表明,在染料CVTP的D-π-A结构链上插入受体苯并噻二唑单元,得到的具有D-A-π-A结构的染料CVBTP的带隙变小,共轭体系变大,光吸收性能得到明显提升。CVBTP、CVTP的HOMO能级分别为-4.83、-4.82eV,LUMO能级分别为-2.85、-2.28eV,均与常见电解质I-/I-3(-4.60eVvs vacuum)和TiO2导带能级(-4.40eVvs vacuum)相匹配,都可用作DSSCs的敏化染料,但与CVBTP相比,CVTP具有更适合的LUMO能级和较好的光伏性能。

基于咔唑供体的敏化染料的合成及其光电性质

以咔唑为供体,设计并合成了具有D-A-π-A或D-π-A结构的有机敏化染料2-氰基-3-{5-[7-(9-己基咔唑-3-基)-苯并[1,2,5]噻二唑-4-基]-2-噻吩基}-丙烯酸(CVBTC)和2-氰基-3-{5-[7-(9-己基咔唑-3-基)]-2-噻吩基}-丙烯酸(CVHTC)。研究了结构变化对敏化染料的光物理性质、电化学性质和光伏性能的影响。研究表明,在染料CVHTC的D-π-A结构链上插入受体苯并噻二唑单元,得到的具有D-A-π-A结构的染料CVBTC的共轭体系变大,带隙变小,光吸收性能得到明显提升。CVBTC和CVHTC的HOMO能级分别为-5.24和-5.52eV,LUMO能级分别为-3.20和-2.88eV,均能与常见电解质I-/I3-(-4.60eV vs vacuum)以及TiO2导带能级(-4.40eV vs vacuum)相匹配,都可用作DSSCs的敏化染料。并且与CVHTC相比,具有D-A-π-A结构CVBTC,因苯并噻二唑单元的引入,其光电池的短路电流和光电转换效率均得到明显提升。

敏化染料分子长径比对太阳能电池性能的影响

采用同一系列但分子长径比不同的3种染料:2-氰基-3-[2-[4-{2-[4-N,N-二(4-甲基苯基)氨基苯基]乙烯基}-苯基氨基)-嘧啶-5-取代基]-丙烯酸(MTPA-Pyc)、2-氰基-3-(4-{2-[4-N,N-二(4-甲基苯基)氨基苯基]乙烯基}-苯基)-丙烯酸(MTPAcc)和2-氰基-3-[4-N,N-二(4-甲基苯基)氨基苯基]-丙烯酸(MTPAc),研究了在不同吸附溶剂中3种染料分子在Ti O2上的吸附量和聚集态,探讨了敏化染料分子长径比对染料敏化太阳电池性能的影响.结果表明,MTPAcc具有最合适的分子长径比,其在Ti O2表面的吸附量及应用的光电性能最高;吸附溶剂的极性增大有利于提高染料的吸附量,但也会影响染料分子的聚集态.当以四氢呋喃为吸附溶剂时,MTPAcc在Ti O2表面的吸附量大且不发生聚集,对应的敏化太阳能电池器件在所有结果中表现最好,在490 nm处的单色光光电转化效率(IPCE)极值达到84%,总光电转化效率(η)达到5.72%.

一种联吡啶钌盐类敏化染料的合成与光伏性能研究

以杂环弱碱咪唑代替有机强碱四丁基氢氧化铵合成了一种新的联吡啶钌盐类染料敏化剂,用核磁共振仪和傅里叶变换红外光谱仪进行了结构表征;测定了这种染料敏化剂的光物理、电化学和电池的光伏性能。结果表明,该染料在紫外光区有较好的光吸收,LUMO能级为3.83eV,电池效率为3.91%。

花青素和叶绿素共敏化染料在高原天然染料敏化太阳能电池中的应用

分别从黑枸杞和菠菜叶中提取出花青素和叶绿素,并利用花青素、叶绿素及两者共敏化的染料作为敏化剂组装高原天然染料敏化太阳能电池.通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)对天然染料进行光谱性能测试.循环伏安曲线(CV)和电化学阻抗谱(EIS)测试电化学性能.结果表明,花青素和叶绿素共敏化后拓宽了光谱吸收波长范围,并具有更快的电子注入速率,减少了电子的复合.在AM 1.5G太阳光模拟下,测试其光电性能,发现它的光电转换效率比单独的花青素和叶绿素染料分别提高了12%和22%.

羧基类不对称锌酞菁敏化染料的研究进展

染料敏化太阳能电池是太阳能电池的重要发展方向之一,染料敏化剂是影响电池光电转换效率的重要因素。探讨了染料敏化太阳能电池中羧基类不对称锌酞菁作为光敏剂的研究进展及其成果,提出对未来发展的展望。

TiO_(2)纳米晶空洞光阳极在染料敏化太阳能电池中的光电增效性能研究

以含炭微球作为模板,制备了TiO_(2)纳米晶空洞光阳极用于染料敏化太阳能电池(DSSC),通过调整模板的添加量,实现了空洞数目在光阳极中的调控。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品的形貌和结构。结果表明:基于TiO_(2)纳米晶空洞的DSSC,在标准太阳光强度(100mW/cm^(2))辐照下,最佳的短路电流密度(J_(sc))可以达到18.31mA/cm^(2),开路电压(V_(oc))为0.701V,填充因子(FF)为0.578,电池效率(PCE)达到7.4%,相比基于TiO_(2)纳米晶的DSSC 4.4%的电池效率,提高了68.18%,其中J_(sc)的显著提高是电池效率提升的主要因素。光散射、电子寿命的分析表明,适当的空洞结构可以增加光阳极对可见光的散射作用,通过可见光在空洞结构中的多次反射使染料能被多次激发产生光生电子,从而提升了光捕获效率和电子寿命,最终实现了DSSC性能的提高。

花青素染料敏化太阳能电池的制备与性能

采用两种晶相TiO_(2)光阳极、蓝莓花青素染料、I-/I3-电解质溶液、复合碳层对电极制备了染料敏化太阳能电池。通过XRD、SEM分析了TiO_(2)纳米颗粒的微结构与形貌,以模拟太阳光和电化学工作站检测了电池的光电性能,结果发现,太阳能电池性能差异较大,金红石相光阳极电池的光电转换率为锐钛矿相光阳极电池的三倍多,结合TiO_(2)纳米颗粒形貌及电池的EIS分析了原因。

基于硫化镍的染料敏化太阳能电池光伏性能研究

在典型的染料敏化太阳能电池中,基于铂金属的对电极用于收集外电路的电子,并催化氧化态电解质还原。然而,由于铂金属为贵金属,因此需要开发廉价材料的对电极,从而降低生产成本。低温沉积法是一种简单的制备方法,它的主要优点是,在不需要高温加热的条件下,可以直接在导电衬底上沉积,制备出拥有优异催化性能的硫化镍薄膜,然后直接用作染料敏化太阳能电池的对电极。结果显示,基于硫化镍薄膜对电极的染料敏化太阳能电池的最佳光电转换效率为6.12%,这与基于铂对电极的染料敏化太阳能电池的转换效率(6.16%)非常接近。上述实验结果表明低温沉积法制备的硫化镍薄膜具有优异的电催化性能,有利于染料敏化太阳能电池的光伏性能提升。

染料敏化太阳能电池及TiO_(2)基光阳极的研究进展

随着人们对于能源需求量的增加,染料敏化太阳能电池作为一种清洁的能量收集装置得到广泛研究。染料敏化太阳能电池是通过染料来获得光电子,利用自身的氧化还原产生电流,但由于光阳极材料的比表面积和电子传输速率提升困难等因素,在实际应用中受到限制。总结了染料敏化太阳能电池的结构和工作原理和研究进展,对它们的优缺点进行分析,提出染料敏化太阳能电池发展中存在的问题和挑战,并对染料敏化太阳能电池光阳极的趋势进行了展望。

染料敏化太阳能电池光阳极的研究进展

染料敏化太阳能电池(DSSC)具有成本低、质量轻、来源广等优点,是现有硅太阳能电池的替代品之一,应用前景广阔。DSSC制备的关键在于基材及与之相关的光阳极材料的制备。综述了光阳极近年的发展情况,详细分析了离子掺杂、基于微观结构改性的复合结构、表面处理和替代二氧化钛光阳极。水热法、电沉积法是目前制备高效光阳极的主要方法。最后对光阳极的研究方向进行了总结,并展望了未来染料敏化太阳能的发展趋势。

两步电泳沉积制备TiO_(2)光阳极用于高效染料敏化太阳能电池

采用不同沉积电压制备TiO_(2)光阳极,研究电压对薄膜沉积速率、厚度和形貌的影响。通过台阶仪、光学照片、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗谱、开路电压衰减曲线对光阳极和电池进行系统表征,并测试了染料敏化太阳能电池器件的电流密度-电压(J-V)曲线,计算其光电转换效率。结果表明,提高沉积电压时,光阳极薄膜的沉积速率加快,膜厚也增加,但是电压过高时,薄膜会有裂缝和覆盖不全的问题,这会对电池的效率造成负面影响。综合考虑低沉积电压条件下薄膜均匀无裂缝和高沉积电压条件下沉积速率快的优点,采用先30 V电压、后60 V电压的电泳沉积方式来制备光阳极,结果呈现协同效果,既降低了制备时间又得到高质量的薄膜,在无其他修饰的情况下,电池的光电转换效率可以达到7.29%。

聚吡咯纳米棒的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

聚吡咯具有优异的导电性能和电催化性能,在光电器件领域有广阔的应用前景。本文以甲基橙(MO)为模板,通过化学浴沉积法在氟掺杂的氧化锡(FTO)导电玻璃上可控制备聚吡咯(PPy)纳米棒,并将其用于染料敏化太阳能电池的对电极材料(DSSC)。采用扫描电子显微镜(SEM)及多种电化学测试方法对不同MO用量下制备的聚吡咯纳米棒进行了表征和电催化性分析。结果表明,当MO与吡咯单体的物质的量比为1∶10时得到的聚吡咯对电极的电荷转移电阻(R_(ct))最小,为6.37Ω·cm~2。聚吡咯对电极组装的染料敏化太阳能电池在模拟AM1.5太阳光标准(100 W/cm~2)的照射下,光-电转换效率最高可达5.00%。

双层结构CeO_(2)光阳极在染料敏化太阳能电池中的应用

利用水热法合成核壳结构Au@SiO_(2)@CeO_(2)纳米微球,制备了一系列双层结构复合光阳极并应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)。研究表明:当CeO_(2)纳米微球和核壳结构Au@SiO_(2)@CeO_(2)纳米微球应用于DSSC光阳极散射层时,电池的光电转化效率有了显著提高。相对于纯TiO_(2)(P25)光阳极,P25/CeO_(2)纳米球光阳极电池的DSSC光电性能提高了15.3%,P25/Au@SiO_(2)@CeO_(2)纳米球光阳极电池的光电性能提高了27.9%。DSSC光电性能的提高主要归因于2个方面:一方面,Au纳米粒子的表面等离子体共振效应有效提高了光阳极薄膜的光散射效应。另一方面,CeO_(2)具有较高的染料负载能力,核壳球形结构具有较高的比表面积,增强了光的散射效应,提高了电子传输能力。

硫化锡薄膜制备及其在染料敏化太阳能电池中应用研究

硫化锡薄膜是一种重点研究的染料敏化太阳能电池对电极材料。采用低温沉积技术制备硫化锡薄膜。采用SEM、TEM、XPS表征硫化锡薄膜的形貌结构以及元素和价态。结果分析表明,在FTO上可直接获得硫化锡薄膜,且呈现出片状结构。通过调控二水合氯化亚锡和硫代乙酰胺的摩尔比,有效调控其表面形貌。电化学测试表明,当二水合氯化亚锡和硫代乙酰胺的摩尔比为1∶1时,硫化锡薄膜展现出较好的电催化性能。以硫化锡薄膜为对电极,组装染料敏化太阳能电池,并测试其电流密度-电压曲线。结果表明,电池器件光电转换效率达到3.14%。可见,采用低温沉积技术制备的硫化锡薄膜可作为非铂对电极材料,具有广阔的应用前景。

生物质基炭材料在染料敏化太阳能电池电极领域的研究进展

太阳能电池可将太阳能转化为电能,具有环保、高效等特性,因此受到国内外研究者的广泛关注。染料敏化太阳能电池(DSSCs)是一种备受瞩目的新型太阳能电池,但其所用的炭材料(如石墨烯、碳纳米管等)价格普遍较为昂贵,因此亟须开发高性能且价格低廉的炭材料。本综述旨在阐明生物质基炭材料在DSSCs中的应用策略和发展方向,为更好地促进生物质基炭材料在太阳能电池领域的应用提供科技支撑。生物质基炭材料具有电催化活性高、孔隙可调等特性,且来源广泛、制备简单、稳定性高。为了进一步增加比表面积,可以通过活化制备具有更多孔隙结构的活性炭材料;除了提供有序的分级孔隙结构,大多数生物质原料具有丰富的杂原子,因此杂原子掺杂可以在炭化后直接实现,从而提高生物质基炭材料的导电性;将生物质基炭材料与其他材料复合还可以进一步提高离子/电子迁移效率。这些生物质基炭材料应用在太阳能电池中可以有效地改善器件的稳定性、光电转换效率(PCE)等性能。笔者概述了生物质的来源和结构特性,归纳了生物质基炭材料的制备和修饰方法,并对DSSCs的工作原理进行了介绍,最后系统阐述了生物质基炭材料作为对电极、光阳极等DSSCs核心部件的研究进展和应用现状。