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
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结 合 。 Ｔｏｒｓ ｒｅ 等人设 计 了一系列 不 同的酞菁 （ ２ 。 图 ）
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
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。
此类 电池最 高 转 化 效 率 能达 到 １ ，短路 电流 达 １ 到 １ ｍＡ／ ｍ２ ８ ｃ ，开路 电压达 到 ７ ０ 。 ２ ｍＶＥ 目前 敏化剂 的选 择 主要有 多 吡啶 钌化合 物 、酞
良好 的固定 基 团对 于 敏 化 染 料 分 子 的效 率 是 至 关 重要 的 。 目前 对 于 敏 化 分 子 效 果 比较 好 的 固定 集
重要的组成部分在很大 的程度上影响着 Ｄ Ｓ 的光 电转化效率 ，酞 菁是一种 非常重要 的光敏剂 ，近年 来受到广 ＳＣ 泛的关注。酞菁结构 的细微变化都会影响到其 ＨＯ ＭＯ、Ｌ ＵＭＯ 能级 ，影响激发 电子注入半 导体极板 的效率 ，从 而影响太 阳能电池效率 。本文 以酞菁与 Ｔｉ ２ （ 的固定基 团为主介绍 了近年来酞菁染料分子 的设计研 究进展。 ） 关键词 ：酞菁 ；太 阳能 电池；光敏 剂；固定基 团
ຫໍສະໝຸດ Baidu１ ｒ ＿１ Ｏ
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（３ ） Ｈ ３ ＣＣ
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０ ０Ｈ） （ ３ ３
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１ｒ ＿１
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１ｒ ＿１ ５
１ｒ ＿ １６
Ｃ（ ＣＨ３３ ） （ ） ｈ
图 ２ 不 同固定基 团酞菁
Ｆｉ ２ Ｔｈ ｈ ｈ ｌ ｃ ａ ｉ ｅ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔｆ ｅ ｒ ｕ ｓ ｇ ｅ ｐ ｔ ａ ｏ ｙ ｎ ｎ ｆｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｄ ｇ ｏ ｐ ｆ ｘ
ＤＳ Ｓ Ｃ制作工 艺简单 ，仅 相 当于硅太 阳能 电池 的 １ ／ １ —１５ ０ ／ ，所使 用 的 纳米 二 氧 化钛 （ Ｏ ）半 导 体 Ｔｉ 薄膜 和电解 质 等 材 料 安 全 、无 毒 ，是 一 类 非 常 有 潜力 ，有应用 价值 的太 阳能光 电转化设 备＿ 。 目前 １ ］
变激发 态 电 子 注 入 金 属 半 导 体 的 时 间 ，从 而 影 响 ＤＳ Ｃ的效率 ｕ Ｓ 。
项 目基金 ： 国家 自然科学基金面上资助 （ 批准号 ２ ０ ３０ ） １ ７ １５ 资助项 目 作者简介 ： 杨琳 （ ９６一 ， ， １８ ） 男 辽宁 大连人 ， 士研究生 ， 博 主要从事 光
ＲＥ ＶⅡ Ｗ ￡
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
杨 琳 ，陈子辉 ，张复实
（ 华大学 清 化 学 系 ，北 京 １０ ８ ） ００ ４
摘
要 ：染料敏化太 阳能 电池 （ Ｓ Ｃ Ｄ Ｓ ）是太 阳能 电池 中非常有潜力 的一个研 究方 向。敏化 染料作为 ＤＳ ｃ Ｓ
圈一
信息记录材荆 ２ １ 年 第 ｛ 。 １ ２卷 第 ５鞠
综
述
图 １ 羧 酸 基 团 与 Ｔ （ 的 结 合 模 式 ｉ２ ）
Ｆ ｇ Ｔｈ ｉ ｄ ｎ ｄ ｅ ｗｅ ｎ ｃ ｒ ｏ ｙ ｒ ｕ ｓａ ｄ Ｔｉ ｉｌ ｅ ｂ ｎ ｉ ｇ ｍｏ ｅｂ ｔ ｅ ａ ｂ ｘ ｌ ｏ ｐ ｎ ０２ ｇ
定 基 团可 以直 接 注 入 半 导 体 ，所 以效 率 最 高 。而
Ｔ ２ ｖ ４两个 结 构 中的 羧 基 固定 基 与 酞 菁 分 子 Ｔ 、１ ｒ
团主要是 羧基 和 羟基 ＿ ］ ８ 。对 于 酞 菁 而言 一般 都 使 用 羧基来 作 为 固定 基 团 ，羧 基 与 金 属 氧 化 物 的连
菁 、卟啉 、纯有机类染料 等［ ］ ３ 。其 中酞菁 分子 以其
良好的可见光 吸收 以及稳 定性 受 到广 泛 的关 注 。不
接 方式 如 图 １ ，主 要 以单 齿 ，桥 联 ，氢 键 等 方 式
结 果 说 明 ，羧 酸 分 子 要 与 酞 菁 分 子 之 间有 一
定 的共轭 效 果 ，并 且 考 虑 到 电 子 的 分 布 与 注 入 ，
羧 酸分子 与酞菁 间的共轭 基 团不易 太大 。
Ｔ 结构 最 为 简 单 ，激 发 态 电 子 经 过 羧 基 固 Ｔ１
—１
ＲＥ ＥＷ ＶＩ
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
２ 酞菁 敏 化 剂 结构 对 于 光 电转 化效
率的影响
染料 分 子 与 金 属 氧 化 物 半 导 体 连 接 的 基 团被 称 为 固定 基 团。在 光 照 的 作 用 下 ，敏 化 染 料 分 子 被 激发 ，激 发 态 电 子 通 过 固 定 基 团将 能 量 导 人 半
导 体 的导带 ，从而实 现 光 能 到 电 能 的转 化 。 因此 ，
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
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。
此类 电池最 高 转 化 效 率 能达 到 １ ，短路 电流 达 １ 到 １ ｍＡ／ ｍ２ ８ ｃ ，开路 电压达 到 ７ ０ 。 ２ ｍＶＥ 目前 敏化剂 的选 择 主要有 多 吡啶 钌化合 物 、酞
良好 的固定 基 团对 于 敏 化 染 料 分 子 的效 率 是 至 关 重要 的 。 目前 对 于 敏 化 分 子 效 果 比较 好 的 固定 集
重要的组成部分在很大 的程度上影响着 Ｄ Ｓ 的光 电转化效率 ，酞 菁是一种 非常重要 的光敏剂 ，近年 来受到广 ＳＣ 泛的关注。酞菁结构 的细微变化都会影响到其 ＨＯ ＭＯ、Ｌ ＵＭＯ 能级 ，影响激发 电子注入半 导体极板 的效率 ，从 而影响太 阳能电池效率 。本文 以酞菁与 Ｔｉ ２ （ 的固定基 团为主介绍 了近年来酞菁染料分子 的设计研 究进展。 ） 关键词 ：酞菁 ；太 阳能 电池；光敏 剂；固定基 团
ຫໍສະໝຸດ Baidu１ ｒ ＿１ Ｏ
Ｈ Ｏ
（３ ） Ｈ ３ ＣＣ
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０ ０Ｈ） （ ３ ３
０ ＴＴ ８
１ｒ ＿１
ＴＴ ６
１ｒ ＿１ ５
１ｒ ＿ １６
Ｃ（ ＣＨ３３ ） （ ） ｈ
图 ２ 不 同固定基 团酞菁
Ｆｉ ２ Ｔｈ ｈ ｈ ｌ ｃ ａ ｉ ｅ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔｆ ｅ ｒ ｕ ｓ ｇ ｅ ｐ ｔ ａ ｏ ｙ ｎ ｎ ｆｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｄ ｇ ｏ ｐ ｆ ｘ
ＤＳ Ｓ Ｃ制作工 艺简单 ，仅 相 当于硅太 阳能 电池 的 １ ／ １ —１５ ０ ／ ，所使 用 的 纳米 二 氧 化钛 （ Ｏ ）半 导 体 Ｔｉ 薄膜 和电解 质 等 材 料 安 全 、无 毒 ，是 一 类 非 常 有 潜力 ，有应用 价值 的太 阳能光 电转化设 备＿ 。 目前 １ ］
变激发 态 电 子 注 入 金 属 半 导 体 的 时 间 ，从 而 影 响 ＤＳ Ｃ的效率 ｕ Ｓ 。
项 目基金 ： 国家 自然科学基金面上资助 （ 批准号 ２ ０ ３０ ） １ ７ １５ 资助项 目 作者简介 ： 杨琳 （ ９６一 ， ， １８ ） 男 辽宁 大连人 ， 士研究生 ， 博 主要从事 光
ＲＥ ＶⅡ Ｗ ￡
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
杨 琳 ，陈子辉 ，张复实
（ 华大学 清 化 学 系 ，北 京 １０ ８ ） ００ ４
摘
要 ：染料敏化太 阳能 电池 （ Ｓ Ｃ Ｄ Ｓ ）是太 阳能 电池 中非常有潜力 的一个研 究方 向。敏化 染料作为 ＤＳ ｃ Ｓ
圈一
信息记录材荆 ２ １ 年 第 ｛ 。 １ ２卷 第 ５鞠
综
述
图 １ 羧 酸 基 团 与 Ｔ （ 的 结 合 模 式 ｉ２ ）
Ｆ ｇ Ｔｈ ｉ ｄ ｎ ｄ ｅ ｗｅ ｎ ｃ ｒ ｏ ｙ ｒ ｕ ｓａ ｄ Ｔｉ ｉｌ ｅ ｂ ｎ ｉ ｇ ｍｏ ｅｂ ｔ ｅ ａ ｂ ｘ ｌ ｏ ｐ ｎ ０２ ｇ
定 基 团可 以直 接 注 入 半 导 体 ，所 以效 率 最 高 。而
Ｔ ２ ｖ ４两个 结 构 中的 羧 基 固定 基 与 酞 菁 分 子 Ｔ 、１ ｒ
团主要是 羧基 和 羟基 ＿ ］ ８ 。对 于 酞 菁 而言 一般 都 使 用 羧基来 作 为 固定 基 团 ，羧 基 与 金 属 氧 化 物 的连
菁 、卟啉 、纯有机类染料 等［ ］ ３ 。其 中酞菁 分子 以其
良好的可见光 吸收 以及稳 定性 受 到广 泛 的关 注 。不
接 方式 如 图 １ ，主 要 以单 齿 ，桥 联 ，氢 键 等 方 式
结 果 说 明 ，羧 酸 分 子 要 与 酞 菁 分 子 之 间有 一
定 的共轭 效 果 ，并 且 考 虑 到 电 子 的 分 布 与 注 入 ，
羧 酸分子 与酞菁 间的共轭 基 团不易 太大 。
Ｔ 结构 最 为 简 单 ，激 发 态 电 子 经 过 羧 基 固 Ｔ１
—１
ＲＥ ＥＷ ＶＩ
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
２ 酞菁 敏 化 剂 结构 对 于 光 电转 化效
率的影响
染料 分 子 与 金 属 氧 化 物 半 导 体 连 接 的 基 团被 称 为 固定 基 团。在 光 照 的 作 用 下 ，敏 化 染 料 分 子 被 激发 ，激 发 态 电 子 通 过 固 定 基 团将 能 量 导 人 半
导 体 的导带 ，从而实 现 光 能 到 电 能 的转 化 。 因此 ，