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3-氨基丙基三甲氧基硅烷自组装提高染料敏化太阳能电池的效率
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O649[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]海尔集团技术研发中心,山东青岛266103, [2]北京大学化学与分子工程学院,北京100871
  • 相关基金:supported by the National Natural Science Foundation of China(50125310 90401028); National Key Basic Research Programof China(973)(2002CB613405)
中文摘要:

以3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTS)修饰的二氧化钛为负极制备的染料敏化太阳能电池在100 mW·cm-2的模拟太阳光照下的短路电流、开路电压、光电转换效率分别为18.32 mA·cm-2、775.9 mV、9.15%.而没有经过ATPS修饰的电池三项性能参数分别为18.08 mA·cm-2、749.9 mV、7.70%, 修饰后电池的光电转换效率提高了18.8%, 同时填充因子由0.57提高为0.64. 暗电流-电压曲线显示起始电压从-0.30 V变化到-0.40V, 表明二氧化钛电极和电解液之间的暗反应得到了有效抑制, APTS作为阻挡层减少了二氧化钛电极表面的缺陷与表面态. 另外, 通过实验设计, 将APTS与染料层-层自组装于二氧化钛电极上, 通过X射线光电子能谱(XPS)研究了二氧化钛层、APTS、染料的作用形式. 定性与定量结果表明: APTS中的乙氧基部分脱除后形成了Si―O―Ti单桥或者双桥键, 钌染料cis-Ru(dcpyH2)2(SCN)2通过分子中的部分―COOH与APTS中的―NH2形成的静电作用力吸附在TiO2电极上. 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱的结果进一步证明了这种分子间作用.

英文摘要:

A dye-sensitized solar cell(DSSC) based on a 3-aminopropyltrimethoxysilane(APTS)-modified TiO2 electrode was fabricated.This cell generated a short current of 18.32 mA·cm-2,an open voltage of 775.9 mV,and its overall photo-to-electricity conversion efficiency was 9.15% under 100 mW·cm-2 white light irradiation from a xenon lamp.The three DSSC parameters for the bare TiO2 electrode were found to be 18.08 mA·cm-2,749.9 mV,and 7.70%.Compared with the unmodified solar cell,the overall conversion efficiency improved by 18.8% and the fill factor improved from 0.57 to 0.64.This improvement is attributed to the inhibition of the back reaction at the interface between the semiconductor and the electrolyte.The dark current-applied voltage curve shows that the onset voltage shifts from-0.30 to-0.40 V,which indicates a reduction in defects and surface states on the TiO2 surface because of the presence of APTS.Furthermore,special experiments were conducted to investigate the interaction among TiO2,APTS,and the cis-Ru(dcpyH2)2(SCN)2 dye.In these experiments,APTS and the dye were self-assembled onto a TiO2 electrode in layers.The interaction was characterized by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS).Qualitative and quantitative results showed that the ―OCH2CH3 was partially removed and it formed mono-bridge or bi-bridge Si―O―Ti bonds.The cis-Ru(dcpyH2)2(SCN)2 dye adsorbed onto APTS through an electrostatic interaction between ―COOH and ―NH2 from the dye.FT-IR spectra further confirmed this inner interaction.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781