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1、卟啉类有机化合物在染料敏化太阳能电池的应用研究进展8920..应用化工第卷第期.年月卟啉类有机化合物在染料敏化太阳能电池的应用研究进展徐海云一,胡春华,冯翠兰.淮南师范学院化学与化工系.安徽淮南;.商丘师范学院化学化工学院,河南商丘摘要:近年来,染料敏化太阳能电池由于低价格、易于制造成大面积、具有较宽的光谱响应范围,可接受的理论转换效率、制造工艺简单、对原料纯度要求不高、寿命长、对环境友好、应用前景广阔等优点而备受关注。染料光敏剂是的核心材料之一,其性能的优劣将对光电转化效率起着决定性的作用。介绍了的基本构造和光电原理,综述作
2、为光敏化剂的各种卟啉类有机化合物在染料敏化纳米晶太阳能电池中的应用。关键词:卟啉类有机化合物;光敏剂;染料敏化太阳能电池;应用中图分类号:文献标识码:文章编号:???.,?,?.,,,;.,,,:,.?.,,?,。,,...:;;;能源危机和环境污染是世纪人类社会生存且材料缺乏柔性,有些对生物具有毒性,从而限制了与发展所面临的两大紧迫问题,太阳能作为一种取它进一步的商业化和广泛使用。之不尽、用之不竭的天然绿色可再生能源,具有清年,瑞士研究小组采用高比表面洁、使用安全、利用成本低且不受地理条件限制等诸积的纳米多孔:膜电极替代传统
3、的平板电极,多优点,是解决能源和环境问题的理想能源,因此太以过渡金属钌的多吡啶配合物作敏化染料,选阳能的开发是新能源研究的重要课题。长期以来,用/一氧化还原电对的电解质体系,首次研制出科学家们一直在寻找有效利用太阳能的方法和装一种能量转化效率高达.%的新型太阳能电池.置,而太阳能电池作为一种开发利用太阳能的重要染料敏化纳米晶多孔半导体薄膜太阳能电池方式已引起人们关注¨。目前,市场上比较常见的,实现了高效、低成本的光电转换,对它的研是硅系太阳能电池,它的最高转化效率可达到%究有利于实现太阳能的大面积低成本利用,对于缓左右,但制作
4、工艺复杂,材料要求苛刻,价格昂贵而解当前的能源危机,减少环境污染具有非常重要的收稿日期:修改稿日期:基金项目:河南省科技厅科技攻关项目;河南省教育厅自然科学研究计划项目,;安徽省高校自然科学基金项目;商丘师院重大项目培育计划立项项目;年商丘师范学院青年骨干教师计划项目作者简介:徐海云一,男,安徽巢湖人,商丘师范学院副教授,博士,主要从事有机染料的合成及其应用方面的研究。电话:,?:.应用化工第加卷现实意义。此后的年里,科学家在这种电池的运,/;作机理以及电池组成部分的优化性改进等方面做了叼/大量的研究,使得到了快速、稳步的发展
5、。式中,??单位面积入射光产生的光电流,;一单位面积入射光产生的能量,;的基本结构及工作原理??入射太阳光能量。主要由纳米多孑半导体氧化薄膜、染料敏在传统硅电池中,半导体担负光吸收与电子传化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分导两项任务。但由于无机半导体较宽的禁带宽度,组成的“三明治”式结构见图。限制了其对光的广泛吸收;而在中,吸收光子和传导电子两项任务被分开,光的捕获专由有机染料完成,而无机半导体除了负载敏化剂以外,主要负责收集和传输电子。无机半导体优良的导电性改善了有机物普遍存在的电子传输问题,同时,染料分子较宽的
6、光波吸收范围大大提高了阳光的吸收效率。从而提高了电池的性能。常见的敏化染料染料分子是的光捕获天线,是的一图的结构不意图个重要组成部分,它的作用就是吸收太阳光,将基态.电子激发到高能态,然后再转移到外电路,染料性能的工作原理如图所示?:在可见光作的优劣直接影响到太阳能电池的转换效率,并且整用下,敏化剂分子通过吸收光能,由基态受激跃个光电转换的性能取决于染料能级与:能级的迁到激发态‘,完成光电转化。由于激发态的不匹配情况以及它对太阳光谱的响应性能。用于稳定,激发态电子很快被注入半导体:薄膜的导的理想敏化染料一般应满足如下条件¨:带
7、中,从而产生电荷分离,导带电子被瞬间传导至导①具有宽的光谱响应范围,即能在尽可能宽的光谱电玻璃,并通过导线流向外电路,输出电能;与此同范围内吸收太阳光能,最好为染料电子吸收光谱能时,处于氧化态的染料分子’由电解质/一:覆盖整个太阳光谱,即为全吸收染料;②可以与纳米/溶液中的电子供体一提供电子而回到基晶半导体表面牢固结合,并以高的量子效率将光激态,使染料得以再生,电解质溶液中的电子供体发电子注入到纳米晶半导体的导带中去;③染料的一在提供电子以后扩散到对电极,得到电子激发态能级与半导体导带匹配,有利于染料的激发而还原。从而,完成一
8、个光电化学反应循环,也使电态电子向半导体转移;④具有足够高的氧化还原电池各组分都回到初始状态。势,使其能迅速结合电解质溶液或空穴导体中的电光电阳极●钗子给体而再生;⑤具有高的化学稳定性,可经历。电玻璃辣料导电玻璋次氧化还原反应,相当于在自然光照射下稳定年。耋导带稃、费米能级千
