高性能染料で感受性の高い太陽電池のための金属フリーテトラチエノアセンの感受剤
Nanjia Zhou1, Kumaresan Prabakaran2,3, Byunghong Lee1
1†Department of Materials Science and Engineering and the Materials Research Center, the Argonne-Northwestern Solar Energy Research Center, Northwestern University, 2145 Sheridan Road, Evanston, Illinois 60208, United States.
Journal of the American Chemical Society
|March 14, 2015
まとめ
テトラチエノアセン (TTA) π-ブリッジを備えた新しい金属のない有機染料は,染料感知型太陽電池 (DSSC) で高電力変換効率を達成します. 戦略的なチオフェンの挿入により,染料の向きと負荷を最適化し,性能を向上させます.
科学分野:
- マテリアルサイエンス 材料科学
- フォトボルトイカは,太陽光発電です.
- 有機化学 オーガニック・ケミストリー
背景:
- 染料感受性太陽電池 (Dye-sensitized solar cells,DSSC) は,有望な再生可能エネルギー技術の1つとなっている.
- 効率的で金属を含まない有機感知剤の開発は,持続可能な太陽エネルギーにとって極めて重要です.
- ドナー-π-ブリッジ-アクセプター (D-π-A) アーキテクチャは,有機太陽電池設計において広く研究されている.
研究 の 目的:
- DSSCアプリケーションのための新しい金属フリー有機染色体を合成し,特徴づけること.
- 染料特性とDSSC性能に対するπ-ブリッジ構造とチオフェンスペーサーの影響を調査する.
- オーガニックセンシタイザーを用いて高電力変換効率 (PCE) を達成する.
主な方法:
- D-π-A設計に基づく4つの金属フリー有機染色体 (TPA-TTAR-A,TPA-T-TTAR-A,TPA-T-TTAR-T-A,TPA-T-TTAR-T-A) の合成について
- トリフェニラミン (TPA) をドナーとして,シアノアクリル酸を受容体として,テトラチエノアセン (TTA) を π ブリッジとして使用します.
- 合成された染料とI(-) / I3(-) レドックスシャトルを使用してDSSCの製造と試験.
主要な成果:
- 合成された染料は,結合されたTTA π-ブリッジにより,高い絶滅係数を示す.
- チオフェンスペーサーを戦略的に挿入することで,電子構造の調節が可能になり,TiO2表面の染料の向きに影響を与えます.
- 染料TPA-TTAR-T-A (染料3) は,垂直方向の改善とTiO2のより密度の高い包装を示し,最適な染料負荷をもたらします.
- 染料3は10.1%のDSSC PCE (Voc = 0.833 V,Jsc = 16.5 mA/cm2),FF = 70.0%) を達成し,これはI ((-) / I3 ((-)) の金属フリー有機DSSCの最高性能である.
結論:
- 新型TTAベースの有機染色体は,DSSCに対する効果的な感受因子です.
- チオフェンスペーサーの組み込みは,染料の自己組み立てと電子特性に大きく影響し,電子注入効率を高めます.
- 開発された無金属有機染料は,高性能のDSSCのための金属ベースの感受剤に有効な代替品を提供します.
