資料介紹
1 染料敏化劑簡(jiǎn)介染料敏化太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵問(wèn)題之一在于敏化染料的選擇,其中染料性能的優(yōu)劣將直接影響染料敏化納米二氧化鈦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率 [ 5~8 ],因此敏化劑成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。 1.1 染料敏化需符合的理論要求染料分子的性能是敏化太陽(yáng)能電池的光捕獲天線,其性能是決定電池光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素,一般必須具備以下條件: ●具有很寬的可見(jiàn)光譜吸收性,以吸收盡可能多的太陽(yáng)光。 ●具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性,即能經(jīng)得起無(wú)數(shù)次激發(fā) - 氧化 - 還原,至少要二十年以上。 ●緊密吸附在納米晶網(wǎng)絡(luò)電極表面。在二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體電極表面有良好的吸附性,即能夠快速達(dá)到吸收平衡,而且不易脫附。染料分子母體上一般應(yīng)有易與納米半導(dǎo)體表面結(jié)合的基團(tuán)。如 - COOH,- PO3H2。研究[ 9 ]表明(以羧酸聯(lián)吡啶釕染料為例),染料上的羧基與二氧化鈦膜上的羥基結(jié)合生成了酯,從而增強(qiáng)了二氧化鈦導(dǎo)帶 3d 軌道和染料 π 軌道電子的耦合,使電子轉(zhuǎn)移更為容易。 ●足夠負(fù)的激發(fā)態(tài)氧化還原電勢(shì)以保證染料激發(fā)態(tài)電子注入二氧化鈦導(dǎo)帶;激發(fā)態(tài)壽命足夠長(zhǎng)且有高的電荷傳輸效率。 ●基態(tài)的染料敏化劑不與溶液中的氧化還原電對(duì)發(fā)生作用。 ●在氧化還原過(guò)程(包括基態(tài)和激發(fā)態(tài))中要有相對(duì)低的勢(shì)壘,以便在初級(jí)和次級(jí)電子轉(zhuǎn)移中的自由能損失最小。 1.2 敏化改性機(jī)理敏化劑敏化通常涉及 3 個(gè)基本過(guò)程[ 10 ]:①敏化劑在 TiO2 表面的吸附;②吸附態(tài)的敏化劑分子吸收光子被激發(fā);③激發(fā)態(tài)敏化劑分子將電子注入到導(dǎo)帶。在光催化過(guò)程中,光生電子與空穴的復(fù)合幾率及其遷移速率是影響光催化性能的主要因素。在使用敏化劑來(lái)提高光催化性能的過(guò)程中,TiO2 與吸附在其表面的敏化劑間的能帶相對(duì)位置對(duì)電子的傳輸過(guò)程有很大影響。從熱力學(xué)角度看,當(dāng)敏化劑的導(dǎo)帶位置比 TiO2 的導(dǎo)帶位置高時(shí),有利于敏化劑的激發(fā)態(tài)電子向 TiO2 導(dǎo)帶注入。
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