基于卟啉类有机染料敏化太阳能电池的研究进展
染料敏化太阳能电池工作机理研究
中国科学: 物理学 力学 天文学 2012 年 第 42 卷 第 7 期
面积, 使其被广泛用于表面吸附分离和催化等领域[7]. 近年来, TiO2 介孔材料作为敏化太阳能电池光阳极中 吸附敏化剂的载体材料, 其合成方法和应用研究日 益受到重视[8,9].
纳米 TiO2 的合成方法主要有醇盐水解法、溶胶凝胶法、水热法等, 其中溶胶-凝胶法合成过程简单易 行, 水热法能直接制得结晶良好的高纯粉体, 因此常 用于纳米粉体的制备.
关键词 溶剂热合成, 二氧化钛, 介孔球, 太阳能电池
PACS: 71.22.+I, 73.22.-f, 61.46.-w
doi: 10.1360/132012-345
染料敏化太阳能电池的进展综述
染料敏化太阳能电池的进展综述王若瑜（北京清华大学化学系100084 ）【摘要】由于染料敏化太阳能电池具有优良的稳固性和高转换效率，它具有极大的应用前景。
本文就染料敏化太阳能电池的原理、齐电池组成结构的优化等，对国内外学者的研究工作做以综述评论。
【关键词】太阳能染料敏化电极TiO?薄膜在能源危机日趋加深的今天，由于化石能源的不可再生：氢能利用中的储氢材料问题仍然没有解决：风能、核能利用难以大而积推行；太阳能作为另一种可再生淸洁能源足以引发人们的重视。
利用太阳能，已是各相关学科一个很重要的方向。
1991年之前，人们对太阳能的利用停留在利用半导体硅材料太阳能电池【1】上，这种太阳能电池虽然已经达到了超过15%的转化效率，可是它的光电转化机理要求材料达到髙纯度且无晶体缺点，再加上硅的生产价钱居高，这种电池在生产应用上碰到了阻力。
1991年，瑞士的GFtzcl教授小组做出了染料敏化太阳能电池【2】，他们的电池基于光合作用原理，以拔酸联毗唳钉配合物为敏化染料，以二氧化钛纳米薄膜为电极，利用二氧化钛材料的宽禁带特点，使得吸收太阳光激发电子的区域和传递电荷的区域分开，从而取得了％的髙光电转换效率【3】，这种电池目前达到最高的转换效率是% （6L由于这种电池工艺简单，本钱低廉（约为硅电池的1/5-1/10） [4],而且可选用柔质基材而使得应用范用更广，最重要的是，它具有稳固的性质，有髙光电转换效率，这无疑给太阳能电池的进展带来了庞大的变革【9】。
正因为染料敏化电池的上述长处，许多学者就它的机理、各个组成部份的优化等相关内容作了一系列实验，这篇论文将就这些方面做以综述简介，并加以分析和评论。
2, 染料敏化太阳能电池工作原理染料敏化太阳能电池的选材TiO?材料具有稳固的性质，且廉价易想，是理想的工业材料。
由于它的禁带宽度是，超过了可见光的能量范围（~）,所以需要用光敏材料对其进行修饰。
其中的染料敏化剂指多由钉（Ri「）和娥（Os）等过渡金属与多联毗咙形成的配合物；实验证明，只有吸附在TiO? 表面的单层染料分子才有有效的敏化作用【3】，所以人们往往采用多孔纳米TiO?薄膜，利用其大的比表而积吸附更多染料分子，利用太阳光在粗糙表面内的多次反射从而被染料分子反复吸收提高电池效率：电解质随染料的不同而有不同的选择，总的来讲，以含1% -离子对的固态或液态电解质为主。
染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池
染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池是目前新型太阳能电池技术中具有重要研究价值的两种类型。
两者在实现清洁能源利用方面都有着重要的意义。
首先，本文将分别介绍两种太阳能电池的工作原理和结构特点，然后比较两者的优缺点以及在未来应用前景方面的展望。
最后，将对两种太阳能电池的未来发展提出一些展望和建议。
染料敏化太阳能电池（DSSC）工作原理是利用染料敏化半导体膜，通过光生电子－空穴对，产生一个电子被注入导电材料的过程，从而产生电流。
DSSC的结构是由玻璃基底、导电玻璃、阳极（TiO2薄膜）、电解质、阴极（Pt）等组成的。
这种太阳能电池因其低成本、易制备、高转换效率等特点而备受关注。
有机太阳能电池（OPV）又称为塑料太阳能电池，其工作原理是利用有机半导体材料吸收光子后产生电子-空穴对，将电子注入到电极上，从而产生电流。
OPV的结构包括有机半导体薄膜、透明导电层、金属导电层等。
有机太阳能电池因其轻薄、柔性、低成本等特点，被认为是未来太阳能电池领域的发展方向。
两种太阳能电池在光电转换效率、稳定性、生产成本、材料寿命、材料丰富度等方面都有所不同。
DSSC的光电转换效率较高，但在稳定性和材料寿命方面存在一定的问题；而OPV在生产成本和可塑性方面具有优势，但转换效率较低。
两者的未来应用前景也不尽相同，DSSC适用于建筑一体化等大型应用领域，而OPV则适用于轻便、柔性的便携式设备。
未来，DSSC可以通过材料改性、器件结构优化等技术手段提高其稳定性和寿命，同时更多地探索高效、廉价的染料和电解质。
而OPV可以通过材料设计合成、工艺工程实现将提高转换效率，并提高大规模生产的制备技术。
在应用方面，两者可以通过与其他新能源技术相结合，拓展多种应用场景。
总体来说，两种太阳能电池技术在未来都具有重要的发展潜力。
需要深入研究其中的物理和化学机制，并通过工程技术手段来优化器件性能，同时也需要加强两者之间的技术对接和协同创新。
染料敏化太阳能电池行业的发展
染料敏化太阳能电池行业的发展染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，它采用了全新的技术和原理，具有很高的发电效率和实用性。
随着环保意识的提高和新能源的逐渐普及，染料敏化太阳能电池行业的发展前景非常广阔。
本文将从这个角度出发，深入探讨染料敏化太阳能电池的技术原理、应用领域和未来发展方向等问题。
一、技术原理染料敏化太阳能电池是一种类似于传统晶体硅太阳能电池的装置，但它与传统太阳能电池不同的是采用了一种全新的电池材料——染料。
染料敏化太阳能电池的工作原理是利用染料分子吸收太阳能中的光子，将其转化成电子和空穴。
染料分子吸收光子后，电子从染料分子的价带跃迁到染料分子的导带中，同时留下一个具有正电荷的空穴。
在电池的两个电极（正极和负极）之间，这些电子和空穴被分别收集，构成电荷传输路线。
通过连接一定的电路，这些电子和空穴就可以被引导到获得电能的装置中，发挥最终功效。
二、应用领域染料敏化太阳能电池具有很高的发电效率和稳定性，它的应用领域非常广泛。
目前主要应用于以下几个方面：1.户外光伏产品——染料敏化太阳能电池可以制成柔性太阳能板，这种太阳能板可以贴在各种户外设备上，如行车记录仪、充电宝、户外摄像机、自行车等。
在户外野外等没有电源的环境下，可以利用它来为这些装备提供电源，十分便捷。
2.建筑光伏应用——染料敏化太阳能电池可以在建筑的门面、窗户、墙壁、屋顶等处应用，可以减少对建筑外观的破坏，美化建筑外观，同时还可以为建筑提供持续的电力，节省能源成本，使得建筑更加环保。
3.光伏无人机应用——染料敏化太阳能电池的重量轻、成本低，非常适合应用于无人机光伏电池上。
通过利用它提供的太阳能电能，无人机可以飞行更长时间，飞行高度也更高。
同时，它不会对固定翼强制要求的结构大小和重量带来影3.智能家居应用——染料敏化太阳能电池可以应用于各种家用电器、电子设备中，使得这些设备在电网停电或人为故意停电的情况下，仍然可以继续工作。
在智能家居领域，染料敏化太阳能电池的应用前景非常广泛。
卟啉类化合物的应用及其前景
在光催化领域，卟啉类化合物可以作为催化剂在可见光条件下促进有机反应。 例如，在环己烷的液相氧化反应中，卟啉类化合物可以吸收可见光，激发电子， 并促进氧气与环己烷的电子转移，从而实现氧化反应。此外，卟啉类化合物还 可以应用于光催化降解污染物，例如在污水处理中，通过光催化反应可以有效 地降解有机污染物。
2、金属卟啉的制备
将四苯基卟啉和金属盐按照1：1的摩尔比例混合，加入适量的溶剂，搅拌均匀。 将混合物加热至适宜温度，保持一定时间，然后冷却至室温。经过滤、洗涤、测定产物的吸光度，对比标准曲线，确定产物中四苯基卟啉和 金属卟啉的含量。进一步分析实验结果可知，反应条件和溶剂用量对四苯基卟 啉和金属卟啉的合成具有重要影响。优化反应条件和溶剂用量可提高产物收率 和纯度。
根据现有的研究成果和实验验证，卟啉类化合物的应用前景非常广阔。首先， 由于卟啉类化合物具有优异的光电性能和良好的生物相容性，其在太阳能电池、 光催化反应和生物医学领域的应用潜力巨大。其次，通过结构优化和分子设计， 可以进一步提高卟啉类化合物的性能，从而拓展其应用范围。此外，随着绿色 化学和可持续发展的理念日益受到重视，卟啉类化合物的合成方法也将得到进 一步改进，提高其生产效率并降低成本。
参考内容
基本内容
卟啉类试剂是一类具有特殊化学结构的有机化合物，其在化学、生物学、材料 科学等领域具有广泛的应用。近年来，随着科学技术的不断进步，卟啉类试剂 的合成方法与技术也得到了长足的发展。本次演示将简要介绍卟啉类试剂合成 的进展，以期让读者了解其未来的发展方向。
一、卟啉类试剂概述
卟啉类试剂是指由四个吡咯环组成的环形化合物，其具有独特的物理和化学性 质，如大环共轭体系、较强的吸电子能力、高稳定性等。这些特性使得卟啉类 试剂在很多领域都具有重要的应用价值，如光电器件、生物传感器、药物开发 等。
卟啉类染料敏化剂的研究进展
一
平 面上 ，不能 同时与Ｔ ｉ Ｏ 相 连 ，从而降低了 电子 注入效
２ ． ２ ．卟啉二 聚体染 料 Ｍｏ ｚ ｅ ｒ ； ｆ Ｊ ｉ ｔ ￣ 究 了卟啉 二 聚体 作 为染 料对 电池性 能的 影
率 。２ ０ ０ ５ 年 ．Ｗａ ｎ ｇ 等 在 卟 啉 母 体 Ｂ位 上 引入 氰基 丙烯 酸 ， 设 汁合 成 了 卟 啉 化 合 物 （ Ｐ ２）。该 染 料 ＤＳ Ｓ Ｃ ｓ 的 Ｉ Ｐ Ｃ Ｅ 达８ ０ ％，光 电转换 效率 达到 ５ ． ６ ％。然 而 ，卟啉核 只 在４ ０ Ｏ ｎ ｏ 左 右 有较 强 的吸 收 ，对可 见光 的响应 范 围并不 ｔ 是很 理 想 ，从 而 影响 其 光 电转 换 效 率 。随 后２ ０ ０ ７ 年， Ｇ ｒ ａ ｔ ｚ ｅ ｌ ｄ ￣ 组 合 成 了 系 列 带 有 一个 丙烯 酸 基 团 的 卟啉 染
Ｖｏ ｃ ＝ ０ ． ７ ２ Ｖ， Ｆ Ｆ ＝ ０ ． ７ ０ ，Ｉ Ｐ Ｃ Ｅ ＝ ６ ． ２ ５ ％． ） 。Ｐ １ ～ Ｐ ｌ ０ 分 子结构 如第３ ７ 页图２ 。
２ ． １ 卟啉 单分 子染 料
早在１ ９ ９ ３ 年 ，Ｇｒ ｌ ｉ ｚ ｅ ｌ ｔ Ｊ ｎ 组就 使 用 卟啉 衍生 物 为染 料 制作太 阳能 电池 ．开 创 了以卟啉为敏化剂制作ＤＳ Ｓ Ｃ ｓ 的先
成 电子 回路 。
提 高 。Ｗｕ 等 在卟啉 的 中位 引入 苯胺 等给 电子基团发现多
个给 电子基 团 的引入 ，使 ｓ 带的吸收 发生明显 的红移但吸 收 强度有 所 下降 ，染 料应 用于ＤＳ Ｓ Ｃ ｓ 中Ｐ ６的效 率较高 ， 达 到为 ７ ． Ｏ ％ 。Ｉ ｍａ ｈ ｏ ｒ ｉ 和 Ｔ ａ ｎ分 别将噻 吩等功 能小分子 引入 卟啉分 子 中 ，噻吩基 团的 引入 不仅 加宽 了光吸 收范
染料敏化太阳能电池的研究与应用
染料敏化太阳能电池的研究与应用染料敏化太阳能电池，又称为Grätzel电池，是一种新型的太阳能电池，它采用了新型的敏化物质，能够将太阳能转化成电能，并且具有透明、柔性、低成本等优点。
近年来，染料敏化太阳能电池在绿色能源领域受到了广泛关注和研究。
本文将从染料敏化太阳能电池的原理、研究进展和应用前景三个方面进行探讨。
一、染料敏化太阳能电池的原理染料敏化太阳能电池是一种基于光电化学原理的能量转化装置。
它将太阳辐射吸收并转化为电能，使之成为一种更加可用的能源形式。
该电池的基本结构由透明导电玻璃、染料敏化剂、电解质、对电极和光敏电极组成。
其中，染料敏化剂是关键的能量转化介质，其作用是：吸收太阳光，在激发状态下电子跃迁至导电材料上，从而形成电荷的分离和运输。
电解液则提供了离子的传输通道，以维持电荷平衡。
光敏电极和对电极分别接受电荷，建立电势差，形成电流。
并且，由于特殊的电极材料和导电液体，这种电池可以向两个方向输出电流，进而光伏效率得到提高。
二、染料敏化太阳能电池的研究进展染料敏化太阳能电池由于其结构简单、成本低廉、灵活透明等优点受到了广泛关注。
自1972年O'Regan和Grätzel教授首次提出Grätzel电池后，研究者们对它的改进和优化不断进行，目前已经取得了较为丰富的研究成果：1、液态电解质Grätzel电池。
1985年，Tennakone等人利用溶于有机溶剂中的银离子/亚铁氰酸盐作为电解质，制备出稳定的液态Grätzel电池。
分别于对电极和光敏电极上采用铂和钾硝酸，其效率可达到5.2%。
2、固态电解质Grätzel电池。
为了克服液态电解质Grätzel电池中电解液泄漏的问题，研究者们又发展出了固态电解质Grätzel电池。
2000年，Zakeeruddin等人在TiO2纳米晶膜上涂覆了含PbI2等离子体和2,2',7,7'-四-(甲基丙烯酸乙酯)氧合物作为电解质的Grätzel电池，其效率高达7.2%。
染料敏化太阳电池中有机染料敏化剂的研究进展
的导 电玻 璃 ） 、纳 米 结 构 半 导 体 多 孔 膜 、染 料 敏 化 剂 、 电解 质溶液 和透 明对 电极 组 成 。以纳 米 ＴＯ ｉ 太 阳能 电
第 １ 期 ２
杨 振清 等 ：染 料敏 化太 阳电池 中有 机 染料 敏 化剂 的研 究进 展
４ ７
池为例 ，结构示意图如图 １ …。
个 循 环 （ 图 ２所 示 ） 如 。在 选 择 光 敏 剂 及 电 解 质 时 ，
７ ｍ，获得了 ６ ０ｎ ％的光电转化效率 。２ ０ ０３年他们在
香 豆 素 的骨架 上 引入 噻吩环 来延 长 分子 的共 轭 ，合 成 了 化 合 物 Ｎ Ｘ２９ Ｋ 一 ３和 Ｎ Ｘ２ ７ （ ３ 。噻 吩环 的引 入不 ５ Ｋ － ７图 ） ６ 但 拓 宽 了 Ｎ Ｘ ２７ Ｋ 一 ７的吸 收光 谱 ，还 使 染料 的 Ｌ Ｍ ６ Ｕ Ｏ轨 道 能级 负 移 ，增 大 了激 发 态 染 料 向 ＴＯ 导 带 注 入 电子 ｉ： 的动力 ，大 大 增 加 了 电池 的 开 路 光 电 压 。获 得 了 高 达 ７ ７ 的光 电转 化 效 率 。２ ０ ．％ ０７年 ，ｚ ＳＷａｇ ．． ｎ 等 人 又 合成 了 具有高 摩 尔 消光 系数 和稳 定性 好 的香 豆素 染 料 Ｎ Ｘ２ ８ （ ３ ，其 敏 化 的 Ｄ Ｃ持续 光 照 １ ０ 光 电 Ｋ ． ３图 ） ８ Ｓ ０ｈ ０ 转化 效 率仍 能保 持 在 ６ 左右 。 ％ ３ ２ 半菁 类染 料 ．
（ ｙ －ｅ ｓ ｉ ｄＳｌｒ ｅｌ Ｓ ） Ｄ ｅＳｎ ｉｚ ｏａ ｌ，Ｄ Ｃ ，从此 Ｄ Ｃ电池 的发 展 ｔｅ Ｃ Ｓ
贵金 属 ，成本 低 ，结构 多样 等优 点成 为光 敏 染料 研 究 领
域 的热点 。
卟啉类光电功能材料的研究进展
圈ｌ 胡萝ｈ素（ｃ）一卟啭（Ｐ）一醌（Ｑ）三元化台物一醌（Ｑｎ）的结构 式
Ｆ【ｇ １ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃａｒｏｔ叶ｐｏｒｐｈｙｒｉ卅ｑｕｉｎｏｎｅ ｔｍｄ
２模拟生物光合作用中心的光致电荷转移和 能量转移
绿色植物光合作用中心是一个多步电荷转移体系．而这个 体系是由一系列按能量和空间排列的分子组成．具有相当高的 光致电荷转移和分离效率．在这种意义上来说，自然界的植物光 合作用中心是一种在分子水平上的高效率的光伏器件．因此模 拟生物光合成中心的光致电子转移和能量转移对太阳能的光电 转换和收集具有重要的理论和应用价值．其中卟啉化合物构成 叶绿素等生物大分子的核心部分．参与植物光合作用等一系列 重要过程。从８０年代初开始．人们设计和合成了许多古有胡萝 ｈ素、醌等官能团的卟啉类超分子体系来模拟和了解研究光合 作用中心的光致电子转移和能量转移等过程，并取得了很大的 进展…”
％—－磷， 圈３ 胡萝ｈ案（ｃ）一卟啉锌（Ｐ＾）一卟啉（ＰＢ）壕醌（瓯）苯醌 （Ｑｎ）五元化合物的结构式
Ｆｌｇ ３ ＳｔｌｕｃＴｕｒｅ ｏｆ ｃａｒｏｔｅｎｅ－Ｚｎ ｐｏｒｐｈｙ叶ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ＿ｎａｐｈｔｈｏｑｕｉ—
ｎｏｎｅ＿ｂｅｎｚｏｑｕｉｎｏｎｅ ｐｅｎｔａｄ
图４ 胡萝ｐ素（ｃ）一卟啉（Ｉ’Ｈ）一富勒烯（ｃ。。）三元化奇物的结构 武
枣 攀 基。 丞凡Ⅳ 。
ＤⅥ 斜双，
陌６分予开关ｎＡ－Ｄ的结构
Ｆ１９ ６ Ｓｔｒｕｃｔ山＿ｅ ｏｆ Ｉ）一Ａ Ｄ ｍ０１ｅｃｕｌａｒ ｓｗｌｔｃｈ
ｗａⅢｌｅｗｓｋｌ等Ⅲ３台成了结构复杂的电子给体一受体一受体一
给体【Ｄ。ＩＡ。一Ａ。一Ｄｚ）型分于阵列（图７ａ），利用其中一对光生离
子对（Ｄｉ—Ａ．。）所产生的本征电场来影响和控制另一对给体一受
染料敏化太阳能电池学术发展简史
染料敏化太阳能电池学术发展简史2016-05-07 13:13来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部基于钌化合物的染料敏化太阳能电池1839年，Becquerel发现氧化铜或卤化银涂在金属电极上会产生光电现象，证实了光电转换的可能。
1960年代，H.Gerischer，H.Tributsch，Meier及R.Memming发现染料吸附在半导体上并在一定条件下产生电流的现象，成为光电化学电池的重要基础。
1980年代, 光电转换研究的重点转向人工模拟光合作用，美国州立Arizona大学的Gust和Moore研究小组成功模拟了光合作用中光电子转换过程，并取得了一定的成绩。
Fujihia等将有机多元分子用L B 膜组装成光电二极管，开拓了这方面的工作。
1970年代到90年代，R.Memming，H.Gerischer，Hauffe，H.Tributsh等人大量研究了各种染料敏化剂与半导体纳米晶间光敏化作用，研究主要集中在平板电极上，这类电极只有表面吸附单层染料，光电转换效率小于1%。
1991年，Graetzel M.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章以较低的成本得到了>7%的光电转化效率，开辟了太阳能电池发展史上一个崭新的时代,为利用太阳能提供了一条新的途径。
1993年,Graetzel M.等人再次研制出光电转换效率达10 %的染料敏化太阳能电池, 已接近传统的硅光伏电池的水平。
1997年，该电池的光电转换效率达到了10%－11%，短路电流达到18mA/cm2,开路电压达到720mV。
1998年，采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态Gr?tzel电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引起了全世界的关注。
2000年，东芝公司研究人员开发含碘/碘化物的有机融盐凝胶电解质的准固态染料敏化纳米晶太阳能电池，其光电能量转换率7.3 % 。
2001年, 澳大利亚STA 公司建立了世界上第一个中试规模的DSC 工厂。
染料敏化太阳能电池光电转换效率提高关键技术总结
染料敏化太阳能电池光电转换效率提高关键技术总结染料敏化太阳能电池（DSSC）作为一种新型的太阳能电池技术，具有成本低、制备简单和高效能等优势，因此备受关注。
然而，DSSC的光电转换效率仍然是其发展的瓶颈之一。
为了提高DSSC的光电转换效率，研究人员们进行了大量的研究工作，并取得了一系列的关键突破。
首先，光吸收效率的提高是提高DSSC光电转换效率的重要途径。
在光敏染料的选取方面，最近的研究表明，一些新型的高效光敏染料，如金属有机染料（如染料分子Y123和YD2-o-C8），具有更宽的光吸收范围和更高的光电转换效率。
此外，还有研究者通过杂化化学修饰或共吸附不同类型的光敏染料，提高光敏染料的光吸收范围和光电转换效率。
例如，Jia et al.通过将有机染料分子与半导体纳米晶进行杂化修饰，实现了DSSC的光电转换效率的显著提高。
其次，光电荷传输效率的提高也是提高DSSC光电转换效率的关键。
为了提高光电荷传输效率，研究者们采用了一系列的策略。
一方面，通过研究和改进DSSC电解质的组成和性质，可以改善电荷传输和电荷收集的效率。
例如，采用有机溶剂作为电解质可以提高电解质的传导性能，同时减少电解质对电子传输的阻碍。
另一方面，通过引入导电剂，如碳纳米管、石墨烯等，在电解质中形成高电导的路径，促进电荷传输。
此外，精细调控电解质的组成和浓度也可以调节电荷传输效率，进而提高DSSC的光电转换效率。
此外，电子传输效率和空穴传输效率的平衡也是提高DSSC光电转换效率的关键。
研究者们通过调节半导体的级配结构、改变电解质的组成以及优化光敏染料的性质等方式，实现了电子传输效率和空穴传输效率的平衡，提高了DSSC的光电转换效率。
例如，研究者们通过在电解质中引入有机溶剂，形成合理的电子传输以及空穴传输通道，减少电子和空穴的再组合损失，从而改善了DSSC的电荷传输效率。
此外，光电转换效率的提高还需要考虑光电极材料的选择和设计。
光电极材料通常是由助剂、导电剂和光敏染料组成的。
染料敏化太阳能电池中的光致变色现象及机理研究
染料敏化太阳能电池中的光致变色现象及机理研究染料敏化太阳能电池是一种利用染料分子吸收太阳光子激发电子的形式来产生电能的新型能源技术。
其中光致变色现象则是一种能够改变材料颜色的性质，这种性质在染料敏化太阳能电池的光电转换中有着重要的作用。
本文将从染料敏化太阳能电池中的光致变色现象及机理研究角度出发，深入探讨这种技术的原理和应用前景。
一、染料敏化太阳能电池的工作原理染料敏化太阳能电池是一种将染料分子吸收太阳光子激发电子的能量转化为电能的新型光电转换技术。
它主要由阳极、阴极和电解质三个部分组成。
阳极通常是透明导电层，如氧化锌或二氧化钛薄膜，其中夹层一种光敏染料。
染料吸收太阳光子后，经过激发会向阳极中注入电子。
阴极通常是由纳米晶和碘离子组成的电解质。
当染料注入电子到阳极后，它们将从阳极移动到阴极，从而产生电流。
波长小于600纳米的太阳光子被吸收和转换为电能，从而产生可观的电能输出。
二、染料敏化太阳能电池的光致变色现象染料敏化太阳能电池中的染料吸收光，会发生激发态的电荷分离，这些荷子移动到阳极使电流产生。
同时，激发态电子还可能与分子轨道的振动模式相互作用，这种相互作用与将电子从激发态转换到基态所发生的跃迁相互作用不同。
这种相互作用，也称为光致变色现象，通常表现为分子的颜色随着其激发态的性质而改变。
三、染料敏化太阳能电池光致变色的机理研究比较不同染料分子的光致变色现象，可以揭示染料的光物理性质。
一些研究者提出，如果分子中存在比较强的D-π-A（接受-给予-接受）结构，那么一定会有明显的颜色变化。
此外，不同的溶剂、温度和 pH 值也会对分子的光致变色效应产生影响。
因此，深入研究这种现象对于设计、合成和优化染料能够用于染料敏化太阳能电池中是非常重要的。
四、染料敏化太阳能电池的应用前景目前，染料敏化太阳能电池虽然存在一些问题，如稳定性不佳、复杂的分子设计和昂贵的生产成本等，但是其优点也是非常明显的。
染料敏化太阳能电池具有良好的光吸收性能、高电荷分离效率、低成本、轻量化、透明等特点，是一种制造成本低，面积和重量小的太阳能转换设备。
染料敏化太阳能电池中酞菁光敏剂的固定基团的研究进展
同酞菁结构 间的差 异会 导致其 电子 能 级 、电子分 布 发生很大 的变化 ，从而 导致 Ｄ Ｓ Ｓ Ｃ效率的不 同。
收稿 日期 ：０ １ ８— ２ ２ １ 一Ｏ ２
这 些酞 菁 结 构 相 似 ，都 是 选 用 羧 酸 基 团 作 为 与 Ｔｉ 面相连 的 固定 基 团 ，差 距 仅 是 羧 酸 固 定基 Ｏ 表 与酞菁 分子 间 的 距 离 不 同。经 过 研 究 表 明 ，不 同 羧 酸基 团 的 取代 会 影 响 酞 菁 的 电子 分 布 状 态 ，改
化 学研 究 ； ＊通 讯 联 系 人 ： 复 实 （９ ６一 ， ， 龙 江 哈 张 １４ ）男 黑
尔滨人 ， 教授 ， 博士生导师 ， 研究方 向： 光化学 、 光物理 、 物 理化学等 ， － ｉ ｚａ ｇｓ Ｅ ｍａｌ ｈ ｎ ｆ＠ｍａ ．ｓｎ ｈ ａ ｅｕ ｃ ： ｉ ｔｉｇ ｕ． ｄ ．ａ ｌ
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综
述
图 １ 羧 酸 基 团 与 Ｔ （ 的 结 合 模 式 ｉ２ ）
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中 图分 类 号 ：Ｔ １ Ｑ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ ５ ２ （０ １ ５ ０ ２ ０ ０ ９— ６４一 ２ １ ）０ —０２ — ７
１ 引言
染 料 敏 化 太 阳能 电 池 （ｄｅｓｎｉｚｄＳ ａ ｙ－ｅｓ ｉ Ｏｌｒ ｔｅ
ｃｌ ，Ｄ Ｓ ｓ ｅｌ ｓ Ｓ Ｃ ）是 太 阳 能 电 池 的 重 要 研 究 方 向。
博士论文染料敏化纳米晶太阳能电池的历史发展及研究现状
第一章染料敏化纳米晶太阳能电池的历史发展及研究现状1-2法国科学家Henri Becquerel于1839年首次观察到光电转化现象3，但是直到1954年第一个可实用性的半导体太阳能电池的问世，“将太阳能转化成电能”的想法才真正成为现实4。
在太阳能电池的最初发展阶段，所使用的材料一般是在可见区有一定吸收的窄带隙半导体材料，因此这种太阳能电池又称为半导体太阳能电池。
尽管宽带隙半导体本身捕获太阳光的能力非常差，但将适当的染料吸附到半导体表面上，借助于染料对可见光的强吸收，也可以将太阳能转化为电能，这种电池就是染料敏化太阳能电池。
1991年，瑞士科学家Grätzel等人首次利用纳米技术将染料敏化太阳能电池中的转化效率提高到7%5。
从此，染料敏化纳米晶太阳能电池(即Grätzel电池)随之诞生并得以快速发展。
1.1 基本概念1.1.1大气质量数6对一个具体地理位置而言，太阳对地球表面的辐射取决于地球绕太阳的公转与自转、大气层的吸收与反射以及气象条件（阴、晴、雨）等。
距离太阳一个天文单位处，垂直辐射到单位面积上的辐照通量（未进入大气层前）为一常数，称之为太阳常数。
其值为1.338～1.418 kW·m-2，在太阳电池的计算中通常取1.353 kW·m-2。
太阳光穿过大气层到达地球表面，受到大气中各种成分的吸收，经过大气与云层的反射，最后以直射光和漫射光到达地球表面，平均能量约为1kW·m-2。
一旦光子进入大气层，它们就会由于水、二氧化碳、臭氧和其他物质的吸收和散射，使连续的光谱变成谱带。
因此太阳光光谱在不同波长处存在许多尖峰，特别是在红外区域内。
现在通过太阳模拟器，在室内就能够得到模拟太阳光进行试验。
在太阳辐射的光谱中，99%的能量集中在276～4960nm之间。
由于太阳入射角不同，穿过大气层的厚度随之变化，通常用大气质量（air mass，AM）来表示。
并规定，太阳光在大气层外垂直辐照时，大气质量为AM0，太阳入射光与地面的夹角为90º时大气质量为AM1。
染料敏化太阳能电池用钌系光敏化剂研究进展
染料敏化太阳能电池用钌系光敏化剂研究进展韩旭;李杰;晏彩先;常桥稳;刘伟平【摘要】钌系光敏化剂作为染料敏化太阳能电池(DSSC)敏化剂组件中最重悹光敏化剂之惊,近年来受到国内外悁究人员的重视及悁究.其中,以羧酸联吡啶钌配合物为光敏化剂的DSSC器件表现出最好的综合性能.简悹介绍了钌系光敏剂的结构,以及其性能的主悹影响因素.按照各个光敏化剂的结构,分别阐述了固定配体(含羧基、磺酸基等)和辅助配体(二联吡啶衍生物等)对钌系光敏化剂综合性能的影响,同时给出了对应的各类光敏化剂最新悁究进展.【期刊名称】《贵金属》【年(卷),期】2018(039)003【总页数】11页(P87-97)【关键词】染料敏化太阳能电池;联吡啶钌配合物;光电性能【作者】韩旭;李杰;晏彩先;常桥稳;刘伟平【作者单位】昆明贵金属研究所,昆明 650106;昆明贵金属研究所,昆明 650106;昆明贵金属研究所,昆明 650106;昆明贵金属研究所,昆明 650106;昆明贵金属研究所,昆明 650106【正文语种】中文【中图分类】TM914.4染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells,简称DSSC)以其相对较低的生产成本、较简单的制备工艺以及制备过程无污染等优点在太阳能电池研究领域占据着重要地位，作为该类电池中核心组件之一的敏化染料也被越来越多的科研工作者所重视及研究。
现阶段，该类电池用光敏化剂主要有钌系光敏化剂、有机染料以及其他过渡金属染料等，其中钌系光敏化剂以其热稳定性高、化学稳定性好、光谱响应范围宽等优点被广泛研究与应用。
1985年，Esilvestro等人[1]把多联吡啶钌引入染料敏化太阳能电池，钌系光敏化剂开始进入人们的视线。
1991年，O'Regan等人[2]将联吡啶钌型光敏化剂吸附于10 μm厚的多孔TiO2纳米层上面，取得了巨大突破，制备的染料敏化太阳能电池的光电转化效率(IPCE)接近100%，同时，在AM 1.5模拟太阳光测试下，电流密度(Jsc)达到了12 mA∙cm-2，能量转换效率也超过了7%，染料敏化太阳能电池的发展迎来春天。
染料敏化太阳能电池的制备和性能
］ ４ ５ － ： 的方程表示 ［
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本文通过在光阳极导电玻璃基底上先用 Ｔ ｉ Ｃ ｌ ４ 溶 液加上一层阻挡层薄 膜 ， 以阻止进入光阳极导电玻璃
－ 池的光电流 ； 提供 ４）氧 化 态 的 染 料 分 子 通 过 接 受 Ｉ － 在镀铂的对电极上得到电子 的电子得以再生 ； ５） Ｉ ３ － － ； ）Ｔ 还原为 Ｉ 此反应 ６ ｉ Ｏ ２ 导带底 电 子 与 Ｉ ３ 的 复 合，
理论转化率高 、 成本 低 廉 、 对 材 料 纯 度 要 求 低、 制造工 艺简单的特点而引起了全世界科学家广泛的研究兴趣 ． － ／ 传输电子的 Ｉ Ｄ Ｓ Ｓ Ｃ 主要由吸附染料的光阳极 、 － － 催 化Ｉ 的Ｐ Ｉ ｔ对 电 极 组 成 ． Ｄ Ｓ Ｓ Ｃ 工作的 ３ 电解 质 、 ３ 原理是 ： 染料分 子 受 光 照 被 激 发 ， 然后电子注入 Ｔ ｉ Ｏ ２ 导带 ， 被激发 的 染 料 分 子 最 终 在 对 电 极 被 Ｐ ｔ还原而 － － ／ 对于含有 Ｉ Ｉ 得以再生 ． ３ 氧化 还 原 电 对 电 解 质 体 系 其光电转换过程可以用以下 组装的太阳能电池而 言 ，
染料敏化太阳能电池中染料光敏化剂研究进展
染料敏化太阳能电池中染料光敏化剂研究进展王新收【摘要】染料敏化太阳能电池是一个很热门的研究领域,而染料光敏化剂的性能对太阳能电池的转化效率有重要影响。
该文针对染料光敏化剂在太阳能光电池中所扮演的角色及常用的几种染料光敏化剂的应用研究进展作一综述。
【期刊名称】《河南职工医学院学报》【年(卷),期】2011(023)005【总页数】3页(P648-650)【关键词】太阳能;电池;染料敏化剂;光敏化剂【作者】王新收【作者单位】河南大学民生学院,河南开封475001【正文语种】中文【中图分类】R395.9解决能源问题和环境问题是人类进入21世纪面临的严峻挑战。
太阳能是一种清洁的，而且几乎是取之不尽、用之不竭的能源，越来越受到研究者们的关注。
其中，研究和开发太阳能电池是一个很热门的领域。
染料敏化电池(dye-sensitized solar cells，DSSC)是利用敏化纳米半导体把太阳能转化为电能，具有成本低廉、效率高、制作工艺简单等优点，受到了各国学术界的重视，并成为化学和材料科学研究的前沿领域［1］。
在太阳能光电池研究中，大多数染料敏化的光电转换效率比较低(＜1%)。
1991年，瑞士M.Gr¨atzel教授领导的研究小组开发了以羧酸联吡啶钌(Ⅱ)为染料光敏化剂的染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池［2］，这种电池的光电能量转换率在AM1.5模拟日光照射下可达7.1%，为光电化学电池的研究带来了突破性发展。
一些半导体(如TiO2)的禁带宽度相当于紫外区的能量，它只能吸收太阳光中的紫外光，而紫外光仅占太阳光总量的3%～5%，使得太阳光的利用效率非常低，无法将其直接用于太阳能光电的转换。
因此，可以与这些半导体的导带和价带能量相匹配的染料，使其吸附在半导体的表面，利用染料对可见光的强吸收而将体系的光谱响应延伸到可见光区，具有这种特性的染料就叫做染料光敏化剂。
在可见光作用下，敏化剂分子通过吸收光能跃迁到激发态，敏化剂分子与半导体表面发生相互作用，电子很快跃迁到较低能级的半导体导带;敏化剂分子再从电解质中接受电子，重新还原，形成回路，产生光电流，整个过程不断循环。
染料敏化太阳能电池的发展趋势
染料敏化太阳能电池的发展趋势随着环保意识的提高，清洁能源的发展越来越受到人们的关注。
太阳能作为最为常见、便利和优质的清洁能源之一，也受到了越来越多人的重视和关注。
染料敏化太阳能电池（DSSC）作为太阳能电池的一种，由于其高效转换、低成本制造等特点，近年来越来越受到关注和重视。
本文将着重探讨染料敏化太阳能电池的发展趋势。
一、染料敏化太阳能电池的工作原理染料敏化太阳能电池又称染料敏化电池（Dye-sensitized solar cells, DSSC），其工作原理是通过染料敏化半导体薄膜，将太阳能电能转换为电子能，再将电子能转换为电能，从而实现太阳能的利用。
染料敏化太阳能电池核心组成部分包括：透明导电玻璃基板，碘化电解质，染料分子，光敏电极和对电极等几个部分。
其中最重要的是染料分子，不同染料对太阳光的吸收系数和波段响应不同，因此染料的种类和性能对DSSC的光电效率影响较大。
二、染料敏化太阳能电池的发展历程染料敏化太阳能电池的发展历程可以追溯到20世纪90年代。
1991年，日本学者中村泰文等人首次报道了以钛酸酯为电子电荷传导体的染料敏化太阳能电池。
此后，一系列的研究使DSSC得以不断升级。
2006年，DSSC的光电转化效率首次达到超过10%。
此后，各种新材料和新技术将DSSC的性能不断提高，最高光电转换效率已经达到达到17%以上。
在这一过程中，光敏电极的材料和制备工艺、染料种类和性能、电解液等关键技术的不断更新和优化是推动DSSC发展的主要因素。
三、染料敏化太阳能电池的发展趋势1.注重高光电转换效率光电转换效率是衡量染料敏化太阳能电池性能的重要指标之一。
因此，如何提高DSSC的光电转换效率是未来研究的重点之一。
目前，DSSC的光电转换效率已经接近传统硅基太阳能电池，因此未来的DSSC研究应该针对高光电转换效率方向进行。
2.优化染料性能和稳定性染料作为DSSC的核心组成部分，其性能和稳定性的好坏直接关系到DSSC的光电转换效率和寿命。
染料敏化太阳能电池材料的改进与优化
染料敏化太阳能电池材料的改进与优化染料敏化太阳能电池作为一种新型的太阳能转换设备，具有重要的应用前景。
然而，目前染料敏化太阳能电池在效率、稳定性和成本等方面还存在一些问题，需要进行改进与优化。
首先，染料敏化太阳能电池的效率是一个重要指标。
目前，染料敏化太阳能电池的效率已经有了一定的提升，但仍然远远低于传统硅太阳能电池。
这是因为传统硅太阳能电池具有更高的光电转换效率和更低的电子复合率。
为了提高染料敏化太阳能电池的效率，可以从多个方面着手。
首先，可以优化染料吸附层的结构，提高光吸收效率。
其次，可以改进电解质材料，增强电子传输效率。
此外，还可以尝试引入新型染料材料，提高光电转换效率。
通过这些改进和优化措施，染料敏化太阳能电池的效率有望得到进一步提高。
另外，染料敏化太阳能电池的稳定性也是一个亟待解决的问题。
目前，染料敏化太阳能电池在长期使用过程中会受到光热变化、氧化和湿度等环境因素的影响，导致效率下降甚至失效。
为了提高电池的稳定性，有几个关键方面需要考虑。
首先，可以改进染料分子的结构，增加其抗光热变化和氧化的能力。
其次，可以优化电解质材料，提高其耐湿度性能。
此外，还可以改善电池的封装材料，防止其受到外界环境的侵蚀。
通过综合考虑这些因素，可以使染料敏化太阳能电池在稳定性方面有所突破。
除了效率和稳定性，染料敏化太阳能电池的成本也是一个需要解决的问题。
目前，染料敏化太阳能电池的制备过程较为复杂，成本较高。
为了降低成本，可以考虑采用更简单、低成本的制备方法，如溶液法和印刷法。
此外，可以尝试使用更廉价的材料，如钙钛矿材料等，替代传统的染料材料。
通过这些措施，染料敏化太阳能电池的成本有望得到降低，进一步推动其商业化应用进程。
总之，染料敏化太阳能电池作为一种新兴的太阳能转换设备，在未来的能源领域具有巨大的发展潜力。
为了实现其商业化应用，还需对其材料进行改进与优化。
目前，染料敏化太阳能电池的效率、稳定性和成本等方面仍然存在一些问题，需要通过改进染料吸附层结构、优化电解质材料和降低制备成本等措施来解决。
染料敏化太阳能电池的研究与发展
染料敏化太阳能电池的研究与发展第一章绪论太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的器件，由于其环保、可再生等优点，成为当今世界能源领域的热点研究对象。
在所有太阳能电池中，染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSSC)因具有高效、简单、低成本等特点，逐渐得到人们的认可和关注。
本文将对DSSC的研究与发展进行探索。
第二章原理与机制DSSC 类似于自然界中的光合作用，其核心是一对光致电子转移剂分子，它们吸收太阳光后，在半导体电解质中跨过电子表面势垒，形成电流。
其中光敏染料扮演重要角色，吸收太阳光并将能量转化为电子，然后将电子通过电解质传递到电极上。
电解质与电极之间产生的电势梯度可引起电子运动，从而产生电流。
第三章染料敏化太阳能电池的材料选择DSSC 中的材料包括电极、电解质、光敏染料等，材料的选择影响着 DSSC 的性能。
电极可采用钛基材料，以优异的导电性能和化学稳定性为特点。
电解质可以选择离子液体、过渡金属配合物、纳米晶等材料，其功能是传递电子和维持反应过程的正常进行。
光敏染料必须具有良好的光吸收特性、高的光照转换效率以及化学稳定性等。
第四章研究进展及应用前景DSSC 由于具有丰富的材料选择、简单易制备、较高的光电转换效率、良好的稳态发电性能和可持续性，近年来受到广泛关注。
DSSC 的研究进展包括光敏染料的优化、电极和电解质的改进、器件结构的创新等方面。
目前DSSC 已广泛应用于户外行业、建筑、电子设备等领域，展现了巨大的市场前景。
第五章结论通过分析 DSSC 的原理与机制、材料选择和研究进展及应用前景等方面，可知 DSSC 在发展潜力方面具有巨大潜力。
在未来的研究中，应继续优化 DSSC 的关键的材料结构和器件结构，提高其光电转换效率，拓宽DSSC 的应用领域，为实现可持续能源的目标做出更大的贡献。