基于含硫配体的铜(Ⅱ/Ⅰ)配合物氧化还原电对的染料敏化太阳能电池的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:CHENHUANHUAN7
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近年来,已有一些对于染料敏化太阳能电池(DSSCs)中铜电解质体系的报道,但其中大多数体系的铜配合物都是基于邻菲罗琳或联吡啶配体结构,即它们的配位原子均为氮原子,对于其他结构的报道很少;且大部分铜电解质体系的开路电压和光电转换效率都不够高。本文围绕染料敏化太阳能电池中的铜电解质展开工作,希望通过对铜配合物的配体结构和配位原子的设计和调节,达到同时提高器件开路电压和整体光电转换效率的目的。论文设计了一类具有四齿二硫二氮配体铜的配合物[Cu(L1)]2+/+和[Cu(L2)]2+/+(L1=1,2-双((吡啶-2-基甲基)硫代)乙烷,L2=N,N’-二甲基-N,N’-双(吡啶-2-基甲基)乙烷-1,2-二胺),并作为氧化还原电对应用于DSSC中。这两种配体结构无大共轭基团,与Y123染料的竞争吸收很弱,利于器件获得更高的短路电流。与[Cu(L2)]2+/+相比,[Cu(L1)]2+/+中将两个配位氮原子换成硫原子,使其氧化还原电位正移了610 mV。基于[Cu(L2)]2+/+的电池开路电压为0.72 V,而基于[Cu(L1)]2+/+的电池有了较大程度的提高,达到了0.96V,这是目前已报道的铜电解质体系中较高开路电压之一。DSSC器件最终得到了8.6%的光电转换效率。这一结果说明我们调节铜配合物配体结构和原子的策略是有益于提高DSSCs的开路电压和光电转换效率的,对后续工作有启发作用。在第一部分工作的基础上,我们进一步设计合成了一类具有四齿全硫配体铜配合物[(S4)Cu]2+/+(12+/+,1,4,8,11-四硫环十四烷),并和结构类似的四齿全氮配合物[(N4)Cu]2+/+(22+/+,1,4,8,11-四甲基-1,4,8,11-四氮环十四烷)相比较。我们将配位的四个氮原子均替换成硫原子,使12+/+的氧化还原电位(0.91 V)相较于22+/+正移了600 mV。最终基于12+/+的DSSC电池获得了0.99 V的开路电压和8.4%的光电转换效率。这一结果进一步印证了我们提出的策略对于提高基于铜电解质的DSSC的开路电压和光电转换效率是有效的。
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