8-羥基喹啉鐵配合物對銳鈦礦型TiO-,2-(101)表面的敏化機理研究.pdf

1、最近，染料敏化太陽能電池(DSSCs)的學(xué)術(shù)價值和商業(yè)利益越來越受到人們的重視，已成為新能源領(lǐng)域的熱點之一。相比目前商業(yè)化的硅系列太陽能電池材料，染料敏化太陽能電池具有高光電轉(zhuǎn)換效率、制作工藝簡單、良好的電化學(xué)性能、原材料來源豐富、價格低廉、綠色環(huán)保等眾多優(yōu)點。本文在簡述染料敏化太陽能電池的發(fā)展及其常見敏化染料的基礎(chǔ)上，采用8—羥基喹啉鐵系列配合物作為染料敏化太陽能電池的敏化劑，并詳細(xì)討論了其敏化機理、8—羥基喹啉鐵系列配合物的結(jié)構(gòu)以及

2、電化學(xué)性能。 本文用密度泛函理論和DMol3程序包對銳鈦礦型TiO2(101)表面復(fù)合三(8—羥基喹啉-5-羧酸)鐵、三(8—羥基喹啉-7—羧酸)鐵和三(8—羥基喹啉-5-磺酸)鐵三種敏化劑的敏化機理和電子結(jié)構(gòu)進行了研究。計算結(jié)果表明，這些敏化劑經(jīng)式結(jié)構(gòu)的HOMO(最高占據(jù)分子軌道)—LLIMO(最低未占據(jù)分子軌道)能隙非常小，電子可以很容易地從染料的HOMO軌道激發(fā)到TiO2的UIMO軌道；TiO2納米晶吸附染料后，HOMO、

3、LUMO和費米能級都升高，導(dǎo)致吸附染料后開路電壓(Voc)升高。 敏化染料在TiO2(101)表面復(fù)合過程及作用機理可能是：三(8—羥基喹啉-5-羧酸)鐵和三(8—羥基喹啉-7—羧酸)鐵通過羧基吸附到TiO2(101)表面；而三(8—羥基喹啉-5-磺酸)鐵是通過磺酸基吸附到 TiO2(101)表面的。三(8—羥基喹啉-7—羧酸)鐵染料的能隙比另外兩種敏化染料的能隙大，能夠與 TiO2的ELUMO能級很好地匹配。TiO2(101)