染料敏化纳米晶膜太阳能电池染料敏化剂的研究进展报告

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1、染料敏化纳米晶膜太阳能电池染料敏化剂的研究进展报告人类生存和发展的三要索包括：物质、能量与信息。一切能量来自能源，所以能源直接影响着人类发展。能源科学与技术是生活与发展的主要基础。在太阳能越来越受青睐的今天，太阳能电池的研究也在飞速发展。鉴于二十世纪90年代发展起来的染料敏化纳米品膜太阳能电池（DSSC）具有众多优点，其在相关领域的研究越來越受到广泛的重视。在染料敏化太阳能电池中，由于一些宽隙的半导体（如Ti02的禁带宽度相）当于紫外区的能量，因而捕获太阳光的能力非常差，无法将其直接用于太阳能的转换。因此，人们寻找到一些可以与这些宽隙半导体的导带和价带能量匹配的染料，使

2、其吸附在半导体的表面上，利用染料对可见光的强吸收从而将体系的光谱响应范围延仲到可见区，这种现彖就叫做半导体的染料光墩化作用，而具有这种特性的染料就叫做染料光皱化剂，又叫光嫩化染料。寻找更好的光敏染料是主要从事染料敏化太阳能电池的研究，提高染料敏化纳米晶太阳能电池实际应用的重要前提。因此，关于光敏染料的研究已称为当前研究的热点之一。木文准备就染料敏化剂在太阳能电池中的作用、染料敏化剂的种类及发展状况做一些讨论。染料敏化剂分为机染料，无机染料，复合染料分。1）有机染料有机染料曲于分子小、消光系数大，具有很好的实用性。冇机染料敏化剂包括竣酸多毗唳钉、麟酸多毗唳钉染料、多核联毗

3、喘钉染料、纯有机染料等。竣酸多毗噪钉染料这是现在应用最多的一类染料敏化剂，它属于金属有机染料。这类染料在可见光区有较强的吸收，而冃氧化述原性能可逆，氧化态稳定性高，是性能优越的光敏化染料。用这类染料敏化的太阳能电池保持着目前最高的光电转换效率。它们通过竣基与纳米Ti02表面键合，使得处于激发态的染料能将其电子有效地注入到这类染料最早是由Wolfgang小组开纳米Ti02表面。发的，他们最先在［Ru（bpy）3］2+（bpy=2,2‘联毗喘）的母体上引入竣基，以使在光解水系统中获得更有效的染料敏化剂。目前应用较为广泛的是被称为“明星染料”N3染料和N719染料。2001年

4、Graetzcl等合成了被称为“黑染料”［结构式为RuL3（SCN）3（L=三联毗喘三竣酸盐）］的光敏剂，其在AM1.5太阳光照射下总的光电转换效率为10.4%。总的来说，染料必须具有恰当的基态和激发态氧化述原电位以保证两个电子转移过程（电子注入和染料还原顺利进行）。竣酸多毗旋钉染料虽然应用广泛，但当水溶液的pH值大于5时，容易从纳米半导体的表面脱附。而麟酸多毗呢钉则恰好弥补了这一缺陷oGratzel等的研究表明，麟酸作为吸附基团的染料即使暴霜于pH值等于9的水溶液中也不会脱附，其与半导体表面的结合能力要优于钉染料。1995年Pechy等开发出了一种瞬酸多毗喘钉染料，其

5、入射单色光的光电转换效率（IPCE）在510nm处达到了最大值70%。对多核联毗噪钉配合物的研究始于Amadelli等关丁•配合物的报道。多核联毗噪钉染料是通过桥键把不同种类联毗呢钉的金屈中心连接起來的含有多个金屈原了的配合物。它的优点是可以通过选择不同的配体，逐渐改变染料的基态和激发态的性质，从而与太阳的光谱更好地匹配，增加对太阳光的吸收效率。人们还广泛研究了邻菲咯啦、毗唳基嗪咻、二苯并咪哇基毗噪等配体的钉配合物染料，但由于其光电转化效果较低，目前在染料敏化太阳能电池领域的应用较少。除了钉的配合物染料外，近年来人们还尝试了其它金屈的配合物作为DSCs的染料敏化剂。这些

6、金屈主要有Fc、、RePtOs.等。目而这类工作还很不成熟，以这些染料作敬化剂的屯池的效率都非常低，收益不大。毗噪染料的效率较好，但钉作为贵金属，价格较高且对环境有一定的污染；而纯有机染料对环境的相容性好，易合成，成木较低，摩尔消光系数高，种类繁多，便于进行结构设计且避免了贵金属钉的消耗，近年来得到了迅速的发展。黄春辉课题组合成了一系列不同共轨链长度的以及不同空间位族的毗碇盐类和吓咻盐类半花菁染料，取得了较好的效果。2）无机染料高效率的光敏化剂不一定限于有机化合物，而且有些有机化合物作为敏化剂常存在稳定性不够等问题，若选择适当的高光学吸收率的无机材料，则可解决这一问题。

7、在从事这方面研究时，以往首选的材料是传统的半导体材料CdS（禁带宽度分别为2・42eV、CdSe1.7eV）等。但是，由于此类材料有毒，会破坏环境，所以以并不是很好的敏化材料。近年來，有研究用FcS2、RuS2等作敏化剂，这些材料安全无毒、稳定，在自然界储量丰富，光吸收系数高。总的说來，对无机光敏化剂制造DSSC电池的现有文献不多，需要研究人员进一步关注与探索。3）复合染料单一染料敏化容易受到染料吸收光谱范围的限制，很难将太阳的发射光谱全部吸收，于是人们设计相继了不同结构的染料进行配合使用，以拓宽设计复合染料对太阳光谱的响应范围。张宝文等