叶绿素铜钠作为敏化剂的理论与实验研究

研究了天然色素叶绿素铜钠作为染料敏化太阳能电池的敏化剂。通过吸收光谱,红外光谱,I-V特性对天然染料叶绿素铜钠进行分析。此外,应用密度泛函理论和含时密度泛函理论对染料分子激发态计算与探究。染料的敏化太阳能电池中的光电转换率η=0.07%,开路电压VOC=0.44V,短路电流密度JSC=0.33 m A cm-2,填充因子ff=0.48,叶绿素铜钠在溶液中的电子驱动力要高于真空为-2.63e V。     

CdS/CH_3NH_3PbI_3共敏化ZnO太阳能电池的光伏性能研究

量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)是兼具低成本和高理论转换效率的第三代太阳能电池之一.量子点与有机染料共敏化是提高其光电转换效率的有效手段之一.CH3NH3Pb I3钙钛矿材料是新兴的有机吸光层材料.本文将其作为共敏化剂,制作Cd S/CH3NH3Pb I3共敏化Zn O纳米棒太阳能电池,并研究CH3NH3Pb I3钙钛矿共敏化和Cd S量子点沉积次数对量子点/CH3NH3Pb I3共敏化太阳能电池光伏性能的影响.     

CdSe/CdS量子点共同敏化TiO_2纳米管阵列光阳极研究

为了探究量子点共敏化对TiO_2纳米管阵列太阳能电池的光电转换效率的影响,采用连续离子层沉积法制备了不同循环沉积次数的Cd Se量子点敏化和Cd Se/Cd S量子点共敏化TiO_2纳米管阵列光阳极,并采用能谱分析、扫描电子显微镜、X射线衍射、紫外吸收光谱等方法对光阳极进行了表征。以制得的光阳极组装了太阳能电池,并对其光电转换效率和伏安特性进行了测试。研究结果表明:制备的Cd Se/Cd S量子点共敏化太阳能电池比Cd Se量子点单独敏化的太阳能电池更有效地吸收长波太阳光,在波长为575 nm处最大光电转化效率达到35.3%,对640 nm波长的光仍然有超过10%的量子效率;最大短路电流密度为5.45 m A/cm2,开路电压为0.64 V,光电转换效率达到1.95%,Cd Se/Cd S量子共敏化太阳能电池光电转换效率比Cd Se量子点单独敏化的提高了约2倍。     

三元氧化物基的染料敏化太阳能电池

采用简单的水热法合成粒径均一的三元氧化物锡酸锌纳米晶,并将其用作染料敏化太阳能电池的光阳极材料,首次以有机染料D131为敏化剂在标准光照条件下(光强为100 mW/cm2, AM 1.5)研究其光电性能,并与N719敏化剂作比较,结果显示以有机染料D131为敏化剂的电池光电性能较N719好,其光电转化效率达到2.18%. 进一步,研究了电解质中四-叔丁基吡啶(TBP)浓度对电池的光电性能的影响,在锡酸锌纳米晶为电极的电池中,TBP起抑制作用,这与已报道的TBP浓度对TiO2电极电池的影响不同.     

光敏化TiO_2/CaSO_4晶须复合物的制备及光催化性能研究

以硫酸钙(CaSO_4)晶须为载体,以二氧化钛(TiO_2)为负载物,制备了二氧化钛/硫酸钙(TiO_2/CaSO_4)晶须复合物,并以叶绿素铜钠为敏化剂对其进行敏化处理。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外可见吸收光谱(UVVis)对样品进行表征。利用该复合物对亚甲基蓝溶液、Cr~(6+)溶液以及双龙湖湖水进行了光催化降解。XRD和SEM结果表明所制备的TiO_2/CaSO_4复合物直径在5μm～10μm,表面负载了锐钛矿型TiO_2纳米颗粒。紫外可见吸收光谱(UV-Vis)表明敏化后的复合物在360 nm～800 nm响应较大,并在410 nm和640 nm处有明显的吸收峰。光催化结果表明TiO_2/CaSO_4复合物在可见光下的光催化性能好于纯相TiO_2粉末,叶绿素铜钠敏化后的TiO_2/CaSO_4复合物可见光催化性能显著提高,并可有效降低湖水中氨氮和COD。     

染料敏化二氧化钛纳米棒及其太阳电池的制备

以罗丹明-B为染料配制敏化剂,对二氧化钛(TiO2)纳米棒薄膜进行敏化处理后得到正电极,再加上用石墨制备的反电极,并滴加电解液,得到染料敏化纳米晶光电化学太阳能电池(NPC).实验结果表明,这种敏化方法在波长为470～750 nm的可见光范围内可以有效地提高太阳电池的吸光度和性能,电池的开路电压可达520mV.     

不同π链的芳胺类敏化剂性质的理论研究

基于3-(4-(5-(4-(二-(4-甲氧基-苯基)-氨基)-苯乙炔)-噻吩-2-基)-2-氟代苯)-2-氰基-丙烯酸(AS5)敏化剂的D-π-A结构,通过修改π链,设计了2组新型的芳胺类敏化剂.采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)分析了该敏化剂的基态和激发态,同时研究了其几何结构、前线分子轨道、内部电荷转移过程及紫外可见吸收光谱等,此外还计算了该敏化剂的电子注射驱动力、再生效率和光捕获效率等一系列影响敏化效率的理论参数,对所设计分子作为染料敏化太阳能电池敏化剂的性能进行了有效的评估.计算结果表明,当噻吩基团处于敏化剂锚定基团附近位置时,其所对应敏化剂拥有较强的吸收带及较大的内部电荷转移量以及足够大的注射驱动力和再生驱动力等优点.     

基于含氮、硫元素苯衍生物的有机染料敏化剂的理论研究

采用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TD-DFT)理论方法计算了以苯及其衍生物作为π共轭桥的染料分子的基态和激发态的微观性质.研究结果表明,与参考敏化剂P0相比,3种新型敏化剂P1、P2和P3的基态几何结构和前线轨道分布与之十分相似.采用CPCM-TD-BHandHLYP/6-31+G(d)方法,模拟染料分子P1在二氯甲烷溶液中的最大吸收波长为502nm,比P0吸收峰显著红移.利用Marcus理论,经过近似计算发现,与其他敏化剂相比,P1分子间电荷传输速率(Ket)最快.因此,P1应该可以作为有希望的敏化剂应用于染料敏化太阳能电池(DSSC),而且其能量转化效率(η)应该高于以P0为染料的DSSC的效率.     

单一天然染料制备染料敏化太阳能电池

目的研究天然染料敏化太阳能电池的光电性能并降低其生产成本,提高染料敏化太阳能电池的制作效率.方法采用一种有效的天然染料的提取与纯化方法,从不同种类的植物中提取了十一种天然染料,包括蔬菜、水果、茶叶等,组装成天然染料敏化太阳能电池,并检测其光电性能,最后对各个天然染料敏化太阳能电池的光电性能进行分析.本实验还采用了静电喷镀的技术,将染料喷镀到工作电极上,并将采用静电喷镀技术得到的结果与传统浸泡的方法相比较.结果采用蓝莓制备的染料作为光敏剂敏化的太阳能电池在所研究的十一种染料中表现出最好的光电性能,其光电转化效率达到1.11%.结论这种静电喷镀技术不仅提高了染料敏化太阳能电池的制作效率,从检测结果看,染料的吸光度也大大提高,为染料敏化太阳能电池光电转化效率的提高以及未来染料敏化太阳能电池的商业化发展奠定了基础.     

藻胆体耦合Chlorin e6染料敏化太阳能电池的研究

采用超声波破碎结合蔗糖密度梯度离心的方法从钝顶螺旋藻中分离出纯度较高的完整藻胆体,探讨了具有超大分子结构的藻胆体作为染料敏化太阳能电池(DSSC)敏化荆的可行性,考察了藻胆体与Chlorin e6在纳米TiO2电极上的耦合敏化作用.研究发现,藻胆体可以组装在纳米TiO2电极上作为DSSC的敏化剂,藻胆体DSSC的开路电压0.55 V,短路电流0.50 mA/cm2,光电转化效率0.19%;藻胆体与Chlorin e6耦合敏化可以增大DSSC的短路电流,提高光电转化效率,且高于藻胆体和Chlorin e6单独敏化的加和,表现出明显的耦合效应,为进一步探讨光合膜蛋白在光电材料中的应用奠定了基础.     

复合对电极CdS量子点敏化TiO_2纳米管太阳能电池

采用水热法和磁控溅射法相结合,在FTO导电玻璃上分别制备金属Pt和Cu1.8S/CuS薄膜,构成复合对电极,并将其成功应用到CdS量子点敏化TiO_2纳米管太阳电池中.这种复合对电极能够与多硫电解质相匹配,有效地提高量子点敏化太阳能电池的光电转化效率.利用X线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜电极(SEM)和透射电镜(TEM)对复合对电极和TiO_2纳米管光阳极的结构与形貌进行表征,通过AM1.5模拟太阳光测试系统对其光电性能进行表征.结果表明:复合对电相较与传统的Pt对电极和Cu1.8S/CuS单一对电极而言具有明显优势,提高了CdS量子点敏化太阳能电池的短路电流密度(9.27 m A/cm~2)、开路电压(0.577 V)和填充因子(49.4%),最终获得2.64%的光电转化效率.     

天然植物染料敏化太阳电池的光电性能研究

采用萃取法从六种常见的植物中提取天然染料,对比分析了相应提取液作为敏化剂的染料敏化太阳电池(DSC)的光电性能.结果表明,不同植物提取液在色泽、吸附光谱以及组成DSC的光电性能上差异较大.以樟树叶为代表的含叶绿素的天然植物提取液在650nm处出现较强的吸收峰,而以康乃馨为代表的含花青苷的天然植物在520 nm处具有较强的吸收峰.DSC的转换效率并非随提取液颜色的加深而增加,而是和短路电流存在一定的正比关系.在所研究的6种植物中,黑豆提取液敏化的DSC的转换效率最佳,其值为0.255％,随后依次为樟树叶、玫瑰花、太阳花、黑米及康乃馨.     

新型钌(Ⅱ)三联吡啶配合物的合成及光电性质

合成了含有配体4,4″二（P-甲基苯基吡啶）-2,2′：6′,2″-三联吡啶,4,4′-二羧基-2,2′-二联吡啶以及异硫氰根配体的钌（Ⅱ）三联吡啶配合物（Ru-1）．通过紫外可见吸收光谱、发射光谱、循环伏安、基质辅助激光解吸电离-时间飞行质谱（MALDI-TOF-MASS）以及元素分析对其结构进行了表征．研究了该配合物作为光敏化剂制备的纳米晶太阳能电池的光电转化性质．结果表明：钌（Ⅱ）三联吡啶配合物在570nm以后仍有较强的金属-配体电荷转移（MLCT）态吸收,有利于改善染料敏化纳米晶太阳能电池对太阳光长波方向的吸收．以其作为敏化剂制备电池,其光电转化效率为0．68％．     

五种质子泵抑制剂S异构体的电子结构及理论ECD谱

奥美拉唑钠、兰索拉唑钠、泮托拉唑钠、雷贝拉唑钠和艾普拉唑钠五个质子泵抑制剂分子中含有手性亚砜结构,具有一对对映异构体.为了解以上五个质子泵抑制剂分子电子结构特征和ECD谱性质,采用量子化学密度泛函理论和极化连续介质模型在B3LYP/6-311++G**水平上对上述化合物的S异构体在水溶液中的电子结构特征进行了理论研究.在此基础上,采用含时密度泛函理论在相同基组水平对其理论ECD谱进行了研究.结果表明:(1)S-奥美拉唑钠、S-兰索拉唑钠、S-泮托拉唑钠、S-雷贝拉唑钠、S-艾普拉唑钠五种质子泵抑制剂中,Na(21)与N(11)、O(2)之间均存在键鞍点,同时成键.(2)S-奥美拉唑钠、S-艾普拉唑钠的ECD谱近似,在300nm附近均存在负性CD吸收带,主要来源于π→π*电荷跃迁;S-艾普拉唑钠在242nm附近还存在正性CD吸收带,该吸收带主要来源于苯并咪唑环到Na(21)的π→d的电荷跃迁.S-兰索拉唑钠、S-泮托拉唑钠和S-雷贝拉唑钠的ECD谱相似,在230、300nm附近存在两个负性CD吸收带,均来源于π→π*的电荷跃迁.     

TiO2膜的光敏化及其灭菌活性研究

以叶绿素为敏化剂对采用Sol-Gel法制备的TiO2膜进行表面修饰，利用XRD，AFM，UV－Vis光谱对催化剂进行表征，并在可见光照射下进行杀灭白菜软腐病病原菌的活性研究，实验结果表明，叶绿素敏化的TiO2膜在可见光区有较强的光谱响应，并且在437及674nm处有明显的吸收峰。可见光照射1h该敏化膜对白菜软腐病病原菌的致死率接近100％。     

染料敏化太阳能电池的研究进展

染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池,由于其制作工艺简单,制造成本低廉,有着广泛的应用前景,是太阳能电池的重要发展方向.其中,染料敏化剂是太阳能电池的重要组成部分,已成为研究的热点.介绍染料敏化太阳电池的组成结构和工作原理,详细综述近年来发展起来的多吡啶钌配合物、锌卟啉和锌酞菁类金属配合物,以及香豆素类、三苯胺类、芴类、吲哚类、咔唑类等纯有机染料的结构与光电转换效率的关系,并对未来的发展趋势和前景进行展望.     

一种新的环金属化钌配合物的合成与表征

合成了一种新的C,N-配位型环金属化钌染料敏化剂Ru-1,通过核磁共振氢谱以及红外光谱对该配合物进行了表征．由紫外-可见吸收光谱表明：该配合物的金属到配体的电荷转移跃迁（MLCT）吸收最大可达546nm,比传统的明星染料N3（[Ru（dcbpy）2（NCS）2],dcbpy=2,2＇-二联吡啶-4,4’-二羧酸）红移约10nm,且摩尔消光系数提高了约1．5倍．由此说明该配合物在长波方向表现出比N3更为优良的吸收性能,这对提高染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转化效率十分有利．     

基于1,10-邻菲罗啉衍生物的两亲性钌配合物的合成及其光电转化性质

合成了2个含咪唑环的邻菲罗啉类两亲性钌(Ⅱ)联吡啶配合物(Ru-1和Ru-2). 通过紫外可见吸收光谱、发射光谱、核磁共振氢谱及元素分析对其结构进行了表征.研究了该配合物作为光敏化剂制备的纳米晶太阳能电池的光电转化性质.结果表明: 烷氧基供电子基的引入改善了配合物的金属到配体的电荷转移跃迁 (MLCT) 吸收, 其作为敏化剂制备的电池的光电转化性质明显提高.     

荧光光子晶体背反射层增强染料敏化太阳能电池效率

通过共组装单分散二氧化硅胶体和碳点的方法制备一种新型的荧光光子晶体薄膜,二氧化硅胶体粒子的粒径为180 nm,合成的碳点粒径为1 2 nm,共组装后制备的光子晶体薄膜同时具有鲜艳的色彩和良好的荧光性能.此薄膜的发射光谱在480 nm左右,可以将其用于染料敏化太阳能电池的背反射层.未加背反射层的染料敏化太阳能电池的转化效率为4.01%,而具有荧光光子晶体作为背反射层的染料敏化太阳能电池的转化效率达到4.27%,由此可以将光电转换效率提高6.2%.     

三苯胺类太阳能电池染料敏化剂的研究进展

染料敏化太阳能电池(简称DSSC)以成本低、易于制造、可大面积生产和环保的特点受到广泛关注。染料敏化剂是DSSC的核心组成部分,起着收集太阳光并将激发态电子注入到半导体导带的作用,对光电转换效率至关重要。有机染料易于合成,通过分子设计可以调控光物理和电化学特性。三苯胺是强的供电子基团,其非平面空间结构使得染料分子聚集程度减弱,这些性能均有利于提高染料的吸收性能和电子传输效率。以三苯胺或取代三苯胺作为给电子体的有机染料敏化剂,提高了太阳能电池的光电转化效率,是近年来的研究热点。