文摘

涂料固态太阳能电池(DSSCs)取代液态电解质的p型半导体被广泛研究解决实际问题与湿式太阳能电池。在这里,我们报告一个固态太阳能电池的制造使用碘化铜导体(崔)作为洞,alkyl-functionalized咔唑染料作为敏化剂(mk 2)。一个DSSC敏化与mk 2显示solar-to-electrical功率转换效率的3.33%496 mV马的16.14厘米²在上午1.5模拟阳光。长烷基链作为电荷复合的一个障碍,和强大的接受捐赠的能力cyanoacrylic和咔唑组,分别提高更长的波长的光的吸收,增加短路电流密度。记录在这项工作效率高于类似DSSCs基于其他洞收藏家。

1。介绍

mid-nineteen年代以来,相当多的注意力一直集中在涂料固态太阳能电池(DSSCs)由于其诱人的湿式太阳能电池特性。与p型孔导体替代电解液消除液体渗漏和蒸发(1,2]。然而,色素增感太阳能电池的效率仍低于湿式(DSCs)和已经进行了很多尝试提高DSSCs的效率。固态电池配置(n型半导体/染料/ p型半导体)有潜力提高重组率,从而降低效率(3,4]。为了实现这一目标,电荷复合反应必须低于电荷注入半导体的导带。重组率主要取决于染料分子的性质和形态的半导体5- - - - - -7]。不含金属的有机染料与捐赠者πspacer-acceptor (D -π——抑制复合()配置是一个理想的系统8- - - - - -10]。此外,不含金属的有机染料对环境友好,容易合成,可以修改增加摩尔吸光系数。最近,一个名叫mk 2的有机染料D -π——配置已经合成,DSSC检查应用程序。mk 2是一个alkyl-functionalized咔唑染料,咔唑供体组与受体cyanoacrylic酸通过oligothiophene链接(图1)。长烷基链预计将增加电子寿命,促进电荷分离的长途。据报道,mk 2染料取得效率的8.3%和2.8%,分别为湿式DSC和spiro-OMeTAD-based固态版本(11- - - - - -15]。然而,mk 2染料没有作为敏化剂与无机孔导体,我们所知。目前的工作描述固态DSSC与mk 2敏化,使用崔作为洞收集器。

TiO₂电影DSSCs所需(即。,largely free of pinhole contacts exposing the FTO surface) were deposited by the procedure described in the Section2,这是最简单的,帮助创建一个TiO的介孔薄膜₂半导体。

2。材料和方法

2.1。TiO的沉积₂电影在FTO玻璃板

钛tetraisopropoxide(5.0毫升)和冰醋酸混合(5.5毫升),添加丙胺(20.0毫升)和混合。随后,蒸馏水(5.0毫升)被添加到混合水解过程中异丙醇盐搅拌。随后,P25德固赛TiO₂粉(0.65 g)是添加和混合物为10分钟。少量的合成水解悬浮均匀散布在预热(200°C) FTO盘子,允许溶剂蒸发,松散TiO₂地壳是被风吹走。高温沉积期间,溶剂往往蒸发自发产生泡沫和创建一个电影内的多孔结构。这种多孔结构在影片增加了表面积有有利的影响。最后,电影是烧结在500°C 20分钟的过程重复获得厚度15 - 17μm。

2.2。染料吸附在TiO₂电影

染料2-cyano-3 - [5 - - - - - -(9-ethyl-9H-carbazol-3-yl) 3 ,3 ,3 ,4-tetra -n己基- (2,2 ,5 ,2 ,5 ,2]四分之一thiophen-5-yl)丙烯酸(mk 2)作为敏化剂。TiO的₂电极,预热至80°C,沉浸在乙腈/的混合物叔丁基醇(体积比1:1)或甲苯的浓度 米12 h。本文用分光光度法测定染料吸附量。染料是TiO而眠₂使用三乙胺溶液表面。

2.3。工作电极上沉积的崔

崔崔饱和溶液是由溶解在乙腈。50毫克的硫氰酸三乙胺(乙)被添加到10毫升的饱和崔的解决方案。染色TiO的₂板保持在80°C和崔一滴一滴地沉积到表面完全覆盖。CuI-deposited工作电极和反电极被夹形成细胞。细胞用于获得的有效面积 - - - - - - 特点是0.25厘米²。

2.4。描述

电流电压特性记录通过使用太阳能模拟器下1.5照明。染料溶液的吸收光谱和dye-coated TiO₂电影是使用紫外分光光度计测量的(UV - 1800,日本岛津公司)。TiO的₂光电阳极特点是通过粉末x射线衍射仪(XRD) (D5000,西门子)和扫描电子显微镜(EVO LS 15日)。确定答的影响,扫描电镜图像记录样品存放在没有答。事件Photon-to-current转换效率(IPCE)记录最好的DSSCs被证明具有更高的光电效率使用光伏特性机(PVC300,边沁)。

3所示。结果与讨论

mk 2的cyanoacrylic基染料具有良好的锚定到TiO的能力₂表面。mk 2的分子结构如图1(11]。mk 2染料吸附到半导体通过羧基与羟基形成很强的共价键TiO₂表面(7,11]。图2显示了TiO的扫描电镜图像₂光电阳极显示近96纳米大小的粒子沉积在一个统一的方式形成一个FTO玻璃衬底上的高度多孔结构。

扫描电镜显微图显示崔沉积的表面形态和纳米晶体TiO不答₂层(图3)。很明显看到崔由大晶体近7 - 10μm大小也会形成大喷口在影片中干扰电子传递过程。接下来的扫描电镜图像揭示了乙对崔的影响。它已经表明,乙抑制晶体生长。

两种不同的溶剂(即。乙腈/叔丁基醇(1:1体积比)和甲苯)是用来准备mk 2的染料的解决方案,因为相同的溶剂与spiro-OMeTAD在先前的研究中使用。的吸收光谱mk 2染料溶解在乙腈/叔丁(1:1/比)和甲苯在图所示4。光谱表明,染料溶液的最大吸收范围300 nm - 550 nm的可见区域的最大值在439 nm和484 nm。强大的接受和捐赠能力cyanoacrylic和咔唑的原因是半个大给定波长的吸收值。摩尔吸光系数的值( )在439 nm和484 nm)是20392米¹厘米¹和15594米¹厘米¹,分别。在吸收峰明显区别两种情况表明不同聚合甲苯由于J-aggregation蓝移和红移可以由于H-aggregation。疏水的高亲和力一半甲苯似乎占观察到的差异。

图5显示了mk 2电流电压特性染料溶解在乙腈/叔丁基醇(1:1体积比)和甲苯。DSSCs光伏性能的测量在100 mW厘米²1.5辐照面积达0.25厘米²。总结了表演的细胞表1。观察到,DSSCs与mk 2染料敏化溶解在乙腈/叔丁基醇显示最佳性能0.496 V开路电压,马16.14厘米²电流密度和0.42填充因数,总体效率为3.33%。mk 2染料已经使用有机空穴导体(spiro-OMeTAD)之前15]。

他们取得了开路电压0.7 V, 6.89厘米²电流密度和0.58填充因数,总体效率为2.8%。的光电性能,mk 2染料达到最高效率的崔天凯孔导体相比,spiro-OMeTAD DSSCs。最重要的区别中可以看到电流密度。与崔mk 2显示电流密度最高的16.14厘米²,这是spiro-OMeTAD的两倍多。据推测mk 2染料与崔能够产生合适的电子通讯。此外,电流密度TiO的观察₂/ mk 2 /崔是最高价值与类似的DSSC D149相比,目前DSSC的最高效率水平记录(16,17]。

紫外可见吸收水平的mk 2在乙腈/染料溶液叔丁(1:1/比)和dye-coated纳米晶体TiO₂电极图所示6。的dye-coated TiO₂阳极同时吸收可见光范围从350纳米到600纳米。mk 2染料的紫外可见光谱吸收TiO₂电极显示了显著的扩大峰值比mk 2染料溶液的紫外可见光谱。TiO mk 2染料吸收₂电极有吸收最大值在480纳米。在峰红移,解决方案,显然是明显的。这可能是由于 - - - - - - 堆积相互作用mk 2染料分子和锚定组和TiO之间的强相互作用₂表面。

光谱(IPCE vs波长)如图7电影使用乙腈/染色叔丁酒精。它表明,获得55%的最大IPCE波长范围从430纳米到545纳米。

4所示。结论

在这项工作中,我们有捏造TiO₂基于固态太阳能电池与alkyl-functionalized咔唑染料mk 2。乙腈/叔丁(1:1/发现比)是一个更高级的甲苯作为溶剂染料沉积,更高的效率。为我们的细胞TiO获得的效率₂/ mk 2 /崔高于TiO的细胞₂/ mk 2 / spiro-OMeTAD,暗示mk 2适应更好比spiro-OMeTAD崔。获得的更高的效率与mk 2可以归因于这种效果,随着染料能与崔建立强大的电子耦合。这自然结合的本质源于不同的染料两种情况。不幸的是,我们不能阐明细节相关债券通过红外光谱的形成。这个细胞提供了一个总体3.33%的效率496 mV,马的16.14厘米²,0.42在100 mW厘米²1.5照明。目前的研究表明,mk 2结构可以进一步修改,以适应固态细胞,特别是基于崔洞收集器。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢国家研究所的基本研究,斯里兰卡的财政支持。