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基于铜（Ⅱ/Ⅰ）配合物电对及Cu9S5对电极的染料敏化太阳能电池研究认领

被引量： 1

作者：

胡茂伟

学位授予单位：

大连理工大学

摘要：

近年来,文献已报道了高效率的铜电解质体系,但是对于铜电解质对整个染料敏化太阳能电池（DSSC）器件长时间光照稳定性的研究还鲜有报道。此外,虽然铂作为对电极应用在DSSC中具有优异的催化活性,但由于其地球储量稀少、价格昂贵,且制备铂电极的过程耗能高,增加了整个DSSC器件的成本。因此,亟需开发廉价、低耗能、且制备过程简单的对电极,用以替代传统的铂电极。论文围绕DSSC中的氧化还原电对和对电极开展研究工作,旨在通过设计新型的氧化还原电对和开发新的对电极材料,期望同时兼顾DSSC器件的高光电转化效率、长期光照稳定性、以及低商业化成本。论文设计合成了一类新的四齿氮螯合铜配合物[Cu（L1）]n+和[Cu（L2）]n+(n=2,1;L1=N,N'-二苄基-N,N'-双（吡啶-2-甲基）乙二胺);L2=N,N'-二苄基-N,N'-双（6-甲基吡啶-2-甲基）乙二胺),以其作为DSSCs中的氧化还原电对。所设计的四齿氮配体不含大共轭基团,有效地减少了电对在可见区与染料分子Y123的竞争吸光,有利于获得更高的光电流。通过在配体的吡啶环上引入甲基,进一步改变了铜配合物的结构和性质,[Cu（L2）]+的氧化还原电位比[Cu（L1）]+提高了300 mV。以[Cu（L2）]2+/+作为氧化还原电对的DSSC器件在一个标准太阳光强的光照射下(100 mW cm–2,AM 1.5G),获得了9.2%的光电转换效率（PCE）。虽然论文设计的铜配合物电对组装的DSSC器件的光电转换效率略低于目前文献报道的以铜配合物作为电对的液态DSSC的最高效率,但由于[Cu（L2）]2+/+配合物具有优异的电化学和光照稳定性,基于该电对组装的DSSC器件表现出优异的长期连续光照稳定性。连续光照500小时后,仍能保持初始效率的90%。以铜配合物作为氧化还原电对的长期光照稳定的DSSC器件尚未见文献报道,这一研究结果为研发高效、稳定的DSSC提供了一个新的思路。论文将氯化铜与硫代乙酰胺原位络合后的溶液直接旋涂在FTO导电基底上,在250℃下仅加热1分钟,制备了Cu9S5薄膜对电极,该方法具有成本低、能耗低、且制备方法简单的优点。将Cu9S5薄膜电极应用在到DSSC中,以[Co（bpy）3]3+/2+作为氧化还原电对,获得了5.7%的光电转换效率,远高于以I3–/I–作为电对时的光电转换效率（3.9%）。将Cu9S5对电极应用在基于钴配合物电解质的DSSC中尚未见文献报道。

摘要译文

关键词：

染料敏化太阳能电池; 铜配合物; 氧化还原电对; Cu9S5对电极; 电池稳定性

学位年度：

2018

学位类型：

硕士

学科专业：

精细化工

导师：

王梅于泽

中图分类号：

TM914.4[太阳能电池⑨]

学科分类号：

080709[储能科学与工程];080809[新能源发电与电能存储]