合成了兩種不同類型（2+2型、A4型）含二氫噻唑基團(tuán)的鋅卟啉與Mn（Ⅱ）的配位聚合物（CPsx,x=1,2）。兩種配位聚合物與錨定卟啉（ZnPA）通過金屬-配體軸向配位自組裝成染料敏化太陽能電池。通過電鏡表征了其在TiO₂上的自組裝結(jié)構(gòu)。光伏性能測試表明,聚合物自組裝體與單體相比具有較優(yōu)的光電轉(zhuǎn)換效率,特別是A4型結(jié)構(gòu)（CPs2）具有較高的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。 

【文章來源】：化學(xué)通報(bào). 2020,83(08)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【圖文】：

組裝體在TiO2電極表面配位自組裝過程

CPs1和CPs2聚合物單體在DMF溶液中以及組裝體CPsx-ZnPA敏化在TiO2薄膜上的紫外可見吸收光譜如圖2所示。聚合物單體在溶液中和組裝體在TiO2薄膜表面的紫外可見吸收均表現(xiàn)出卟啉特征吸收峰:在400～450 nm附近存在較強(qiáng)的Soret帶,在530～630 nm有中等強(qiáng)度的Q帶吸收峰,二者均是由卟啉大環(huán)中電子的π-π*躍遷造成[32]。組裝體CPs2-ZnPA的光譜與CPs1-ZnPA相比發(fā)生了明顯紅移,表明組裝體CPs2-ZnPA具有較好的光捕獲能力,說明A4型二氫噻唑結(jié)構(gòu)具有較多吸光官能團(tuán)。此外,在TiO2薄膜上的紫外吸收與溶液中的吸收峰相比出現(xiàn)了輕微的紅移和明顯的展寬,這表明卟啉染料與TiO2薄膜之間存在著一定的電子耦合,在TiO2表面發(fā)生了聚集[33,34]。詳細(xì)的紫外吸收光譜數(shù)據(jù)見表1。表1 CPs1、CPs2(DMF溶液中)及CPs1-ZnPA、CPs2-ZnPA(在TiO2薄膜表面)的紫外-可見吸收光譜的最大峰值Tab.1 The peak wavelength of the UV-Vis absorption spectra of CPsx in DMF solution and CPsx-ZnPA on the TiO2 thin films Dye λmax/nm CPs1 432,561,601 CPs1-ZnPA 433,563,603 CPs2 435,564,606 CPs2-ZnPA 439,565,607

聚合物雙層染料CPsx-ZnPA敏化在TiO2薄膜上作為DSSCs器件的工作電極,分別在模擬太陽光(即AM 1.5G)下測量組裝體敏化劑電池器件的光伏性能。其中在350～700 nm范圍內(nèi)測試了其單色光下的IPCE。為了進(jìn)一步驗(yàn)證組裝體有效的敏化在TiO2表面,進(jìn)行上層聚合物卟啉CPsx以物理吸附的方式直接敏化在TiO2電極表面(不含錨定卟啉ZnPA)的對照實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方法與測試條件和組裝體器件一致。上層聚合物卟啉CPsx幾乎沒有光電響應(yīng),這說明錨定卟啉ZnPA有效敏化在TiO2電極表面并通過配體與上層卟啉中心金屬形成配體-金屬軸向配位過程。如圖3(a)所示,組裝體CPsx-ZnPA染料器件的IPCE光譜展示了卟啉染料特有的B、Q帶能量轉(zhuǎn)換,這與相應(yīng)的紫外吸收光譜趨勢類似。CPs2-ZnPA裝置具有較好的IPCE光譜響應(yīng),說明A4型二氫噻唑基團(tuán)對光的捕獲能力很強(qiáng),尤其是Q帶的吸收,并且A4型含有4個(gè)二氫噻唑基團(tuán),具有多電子傳輸通道。因?yàn)猷邕蚧鶊F(tuán)中的S原子有效提高了該基團(tuán)的富電子能力,從而使得光譜響應(yīng)展寬,與薄膜上的紫外吸收光譜變化趨勢一致。IPCE的大小順序?yàn)?ZnPA<CPs1-ZnPA<CPs2-ZnPA,這與下面討論的光電流大小順序一致。軸向配位自組裝與文獻(xiàn)報(bào)道的自組裝太陽能電池[35]相比展示了較好的光伏性能。在輻照度為100mW·cm-2即AM 1.5G 模擬太陽光下測量組裝體敏化劑電池器件的J-V曲線,其短路電流密度(Jsc)、開路電壓(Voc)、填充因子(FF)以及光電轉(zhuǎn)換效率(η)見表2。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]卟啉配位自組裝染料敏化太陽能電池[D]. 曹靖.西北師范大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3224650