發(fā)布時(shí)間：2018-09-09 14:53

【摘要】：近年來(lái),能源危機(jī)日益嚴(yán)峻,而染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)作為目前眾多的太陽(yáng)能器件中最有前途的低成本、易組裝和高效率的器件之一,引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。p-型染料敏化太陽(yáng)能電池(p-DSSCs)是DSSCs的一個(gè)重要分支,是通過(guò)敏化光陰極將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。光敏劑是p-DSSCs的關(guān)鍵組分,目前光敏劑高昂的價(jià)格直接影響了p-DSSCs的實(shí)際應(yīng)用,因此通過(guò)新型材料的設(shè)計(jì)開發(fā)替代其中的昂貴的金屬和有機(jī)分子是p-DSSCs商業(yè)化的關(guān)鍵,所以開發(fā)低成本的p-型光敏劑也就勢(shì)在必行。多金屬氧酸鹽是一種基于豐產(chǎn)元素Mo和W等元素通過(guò)常規(guī)法或者水熱法等方法合成制備的綠色無(wú)毒的無(wú)機(jī)材料,部分多酸如過(guò)渡金屬取代的多金屬氧酸鹽(TMSPs)具有優(yōu)異的光電等性質(zhì):優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的氧化還原穩(wěn)定性、在紫外-可見區(qū)良好的光吸收性能、符合p-型光敏劑要求的HOMO和LUMO能級(jí)等。因此,TMSPs等可以作為p-型光敏劑開發(fā)低成本的p-DSSCs。本文中,我們對(duì)Keggin-型TMSPs、Dawson-型TMSPs以及有機(jī)羧酸基團(tuán)修飾的Lindqvist-型多酸作為p-DSSCs的光敏劑進(jìn)行了研究,做了如下的工作:1、三種 Keggin-型 TMSPs TBA8Na2[SiW9O37{Co(H2O)3}]· 11H20(SiW9CO3,(n-C4H9)4N+縮寫為 TBA)、TBA4[(SiO4)W10MnⅢ2O36H6]·1.5CH3CN·2H2O(SiW_(10)Mn_2~Ⅲ)和TBA3.5H5.5[(SiO4)W10MnⅢ/Ⅳ2036]· 10H2O· 0.5CH3CN(SiW10MnⅢ/Ⅳ2)首次作為純無(wú)機(jī)光敏劑被成功的引入到 p-DSSCs 中。SiW_9Co_3 敏化 p-DSSC 的 Voc=81mV,Jsc=1.60mA/cm2,FF=0.30,PCE=0.038%;SiW_(10)Mn_2~Ⅲ敏化p-DSSC 的 Voc=79mV,Joc=1.28mA/cm2,FF=0.29,PCE=0.029%;SiW10MnⅢ/Ⅳ2 敏化 p-DSSC 的 Voc=93mV,Jsc=0.88mA/cm2,FF=0.34,PCE=0.027%。三者的效率都超過(guò)了 C343 0.017%的效率。這是低成本的多酸作為純無(wú)機(jī)光敏劑首次應(yīng)用在p-DSSCs中,為p-DSSCs領(lǐng)域光敏劑特別是無(wú)機(jī)光敏劑的設(shè)計(jì)開發(fā)開辟了新的路徑。此外,它們也擴(kuò)大了多酸的應(yīng)用范圍。2、兩種Dawson-型TMSPs光敏劑P_2W_(17)Co和P_2W_(17)Mn首次被成功的引入到p-DSSCs中。我們測(cè)試和計(jì)算了他們的熱穩(wěn)定性、UV-Vis吸收光譜以及二者的LUMO和HOMO 能級(jí)等性質(zhì)。P_2W_(17)Co 敏化的 p-DSSC 的 Voc=101mV,Jsc=1.285mA/cm2,FF=0.313,PCE=0.0406%;P_2W_(17)Mn 敏化的 p-DSSC 的 Voc=84mV,Joc=1.268mA/cm2,FF=0.296,PCE=0.0315%;P_2W_(17)Co/P_2W_(17)Mn共敏化的 p-DSSC 的 Voc=102mV,Jsc=1.49 mA/cm2,FF=0.305,PCE=0.0464%。這是過(guò)渡金屬取代的Dawson-型多酸作為光敏劑和共敏劑首次應(yīng)用在構(gòu)筑低成本的p-DSSCs中,也為Dawson-型過(guò)渡金屬取代的多金屬氧酸鹽材料在能源領(lǐng)域找出了一個(gè)新的很有潛力的方向。3、一種Lindqvist-型多酸TBA2[Mo_6O_(19)]和一種有機(jī)羧酸基團(tuán)修飾的Lindqvist-型多酸TBA2[MO6O18-(N-C6H4-3-COOH)]首次被作為p-DSSCs的光敏劑進(jìn)行了研究。測(cè)試表明多酸光敏劑 TBA2[MO6O18-(N-C6H4-3-COOH)]敏化 p-DSSCs的Voc=101mV,Joc=0.648 mA/cm2,FF=0.305,PCE=0.0200%;多酸光敏劑 TBA2[MO6O19]敏化 p-DSSCs 的 Voc=76 mV,Jsc=0.266 mA/cm2,FF=0.241,PCE=0.00486%。其中,與 TBA2[MO6019]敏化 p-DSSCs相比,多酸光敏劑 TBA2[MO6018-(N-C6H4-3-COOH)]敏化 p-DSSCs 的PCE提高了 311.5%,Voc提高了 32.9%,,Jsc提高了 143.9%,FF提高了 26.6%。這表明羧基的存在很有可能促進(jìn)了多酸光敏劑和NiO之間空穴的注入,修飾后的多酸光捕獲能力的增強(qiáng)也有利地促進(jìn)了電池效率的提高。
[Abstract]:In recent years, the energy crisis has become increasingly serious. As one of the most promising low-cost, easy-to-assemble and high-efficiency solar devices, dye-sensitized solar cells (DSSCs) have attracted the attention of many scholars. p-type dye-sensitized solar cells (p-DSSCs) are an important branch of DSSCs and are sensitized by photocathodes. Photosensitizers are the key components of p-DSSCs. The high price of photosensitizers directly affects the practical application of p-DSSCs. Therefore, it is the key to commercialize p-DSSCs to develop low-cost p-type photosensitizers through the design and development of new materials to replace the expensive metals and organic molecules. Polyoxometalates are green and nontoxic inorganic materials synthesized by conventional or hydrothermal methods based on High-yield elements Mo and W. Some polyoxometalates, such as transition metal substituted polyoxometalates (TMSPs), have excellent photoelectric properties, such as excellent thermal stability, good redox stability, and in purple. In this paper, we studied Keggin-type, Dawson-type and organic carboxylic acid modified Linqvist-type polyacids as photosensitizers for p-DSSCs. The following work has been done: 1. Three Keggin-type TMSPs TBA8Na2 [SiW9O37{Co(H2O))3}].11H20 (SiW9CO3, (n-C4H9)4N+ abbreviation for TBA), TBA4 [(SiO4) W10MnIII 2O36H6]..1.5CH3CN 2H2O (SiW_ (10) Mn_2~III) and TBA3.5H 5 [(SiO4) W110MnIII/IVIVH 3 3 MnIII]. H 2O2036]. 10 H 2O3 H 2O 3 [(SiO4) MnIII / IVH 4 H 4 H 4 H 9) 4N + abbrebrebreviation for TBA), TBA4 [(SiW 4 (SiO 4(IV2) Successfully introduced as a pure inorganic photosensitizer for the first time In p-DSSC, Voc = 81 mV, Jsc = 1.60mA/cm2, FF = 0.30, FF = 0.30, PCE = 0.038%; Voc = 79 mV, Joc = 1.28 mA/cm2, FF = 0.29, PCE = 0.029%; Voc = 93mV, Joc = 1.28 mA/cmA/c2, FF = 0.29, PCE = 0.029%;SiW10MnIII/IV2, Voc = 93 mV, 93 mV = 93mV, 93 mA/c = 93 mA/c = 93 mV, Joc = 1.28mA/c = 0.28mA/c2, FF = 0.28mA/cmA/c2, FF = 0.2, FF = 0.34, PCE = 0.027%. The efficiency of all three is higher than that of C343 0.017%. This is low. Cost-effective polyoxometalates were first used as pure inorganic photosensitizers in p-DSSCs, opening up a new path for the design and development of photosensitizers in p-DSSCs, especially inorganic photosensitizers. In addition, they also extended the application range of polyoxometalates. 2. Two Dawson-type TMSPs photosensitizers, P_2W_ (17) Co and P_2W_ (17) Mn, were successfully introduced into p-DSSCs for the first time. The thermal stability, UV-Vis absorption spectra and the properties of both LUMOand HOMOenergy levels were measured and calculated.Voc = 101mV, Jsc = 1.285mA/cm2, FF = 0.313, PCE = 0.0406%;Voc = 84mV, Joc = 1.268mA/cm2, FF = 0.296, PCE = 0.0315%;Voc = 84 mV, Joc = 1.268mA/cm2, FF = 0.296, PCE = 0.0315%; (P u uu (17) Mnsensitized P (17) Co sensitized P (17) sensitized P (17) Co sensitized P (17) (17) Co-sensitized p-D with Mn Voc = 102 mV, Jsc = 1.49 mA / cm2, FF = 0.305, PCE = 0.0464%. This is the first time that transition metal-substituted Dawson-type polyoxometalates have been used as photosensitizers and co-sensitizers in the construction of low-cost p-DSSCs. It also finds a new and promising direction in the energy field for Dawson-type transition metal-substituted polyoxometalates. Dqvist-type polyacid TBA2 [Mo_6O_ (19)] and an organic carboxylic acid group modified indqvist-type polyacid TBA2 [MO6O18 - (N-C6H4-3-COOH)] were first used as a photosensitizer for p-DSSCs. Tests showed that the polyacid photosensitizer TBA2 [MO6O18 - [MO6O18 - (N-C 6H4-3-COOH)] sensitized p-DSSCVoc = 101mV, Joc = 0.648, Joc = 0.648 / cm2, FFA / cm2, FFA / cm2, FFA / cm2, FFA / cm2, FFA = 0.305, FF PCE = 0.0200.020, 0%; polyacid photosensitivity Compared with TBA2 [MO6019] sensitized p-DSSCs, the PCE of polyacid photosensitizer TBA2 [MO6018- (N-C6H4-3-COOH)] sensitized p-DSSCs was 311.5%, 32.9%, 32.9%, 32.9%, 32.9%, 32.9%, 32.9%, JFF143.3.3%, 143.3.9%, 26.9%, 26.6% and 26.6% higher than that of TBA2 [MO6019]sensitized p-DSSC.In the meantime, it is necessary to study the relationship between the two. It may promote the injection of holes between poly-acid photosensitizer and NiO, and the enhancement of the light capture ability of the modified poly-acid photosensitizer can also improve the efficiency of the battery.
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM914.4

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本文編號(hào)：2232704