[發明專利]具有增強光電轉換性能的鋅鎢系列雜多配合物/半菁衍生物有序薄膜有效

申請號：	201611001998.2	申請日：	2016-11-15
公開（公告）號：	CN108074746B	公開（公告）日：	2019-08-06
發明（設計）人：	高麗華;趙文豪;張洪磊;王克志	申請（專利權）人：	北京工商大學
主分類號：	H01G9/042	分類號：	H01G9/042;H01G9/20
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地址：	100048***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	雜多配合物薄膜制備光電轉換性能靜電自組裝太陽能電池薄膜材料工作電極光電轉換有機染料光電流潛在的陽離子陰離子白光雜化照射應用表現開發
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【說明書】：

具有增強光電轉換性能的雜多配合物與有機染料雜化的有序薄膜材料，涉及鋅鎢系列雜多配合物與半菁衍生物的有序薄膜的制備方法及光電轉換性質的評價。鋅鎢系列雜多配合物與半菁衍生物的有序薄膜由[Zn₅W₁₉O₆₈]^12?和[Zn₃Cu₂W₁₉O₆₈]^12?陰離子和H⁶半菁衍生物陽離子通過靜電自組裝制備得到，所制備的薄膜在0.1mol/L Na₂SO₄溶液中，外加偏壓為?0.3V(vs SCE)以及100mW/cm²的白光照射下，產生的光電流密度可分別達到7.56μA/cm²和4.67μA/cm²，Zn₅W₁₉和Zn₃Cu₂W₁₉雜多配合物對H⁶的光電轉換性能表現出較強的增強作用，所制備的薄膜在太陽能電池工作電極的開發利用方面有潛在的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種無機/有機有序薄膜，尤其涉及鋅鎢系列雜多配合物和一種半菁衍生物無機/有機有序薄膜。

背景技術

目前，人類所使用的絕大多數能源仍然是煤、石油和天然氣等化石能源，此類能源不可再生，過度開采造成的能源危機以及使用化石能源所帶來的環境污染問題已成為制約經濟和社會持續、健康發展的主要因素之一，同時隨著世界經濟的發展和人口的急劇增加，人類對能源的需求也日益增加。因此，開發和利用清潔的新能源是解決上述問題的有效途徑之一。相比于其他能源，太陽能廣泛存在于自然界，其清潔無污染的特性使之成為解決能源危機以及保護環境的最佳替代能源之一，越來越受到人們的重視。

染料敏化太陽能電池(DSSC)是一種新型的太陽能電池，主要由載有染料敏化劑的工作電極、電解質和對電極組成。當太陽光照射到工作電極時，染料敏化劑分子吸收光子，電子由基態激發到激發態，處于激發態的染料分子是不穩定的狀態，電子會傳遞給光陽極并注入TiO₂的導帶中產生陽極光電流或電子傳遞給電解質中的電子接收體產生陰極光電流。可見，DSSC中染料敏化劑的性能是決定太陽能電池光電轉換性能的主要因素。有機染料類光敏劑具有制備相對簡單、分子結構設計剪裁容易、成本低、光譜吸收易調控等優點，使其成為染料光敏化劑的一個主要研究方向。具有D-π-A結構的半菁衍生物有機染料具有較強的可見吸收，并且結構易于裁減，作為光敏材料具有良好的光電轉換性能。黃春輝等曾報道將半菁有機染料敏化劑通過LB技術制備到導電玻璃上，作為工作電極半菁有機染料敏化劑表現出較好的光電轉換性質(A.D.Lang，J.Zhai，C.H.Huang，L.B.Gan，Y.L.Zhao，D.J.Zhou，Z.D.Chen.Relationship between structures and photocurrent generationproperties in a series of hemicyanine congeners，J.Phys.Chem.B 1998，102，1424-1429.)。但是，LB膜的制備需要特殊的儀器設備，并且基片的形狀和尺寸受到限制。我們曾開展了將雜多配合物與半菁衍生物組裝成具有光電轉換活性的薄膜材料的研究工作[參見：(a)高麗華，王克志，粟京平，具有光電化學活性的半菁衍生物和多金屬氧酸鹽自組裝薄膜，中國發明專利，ZL201210029119.2；(b)L.H.Gao^＊，Q.L.Sun，K.Z.Wang.Photoelectrochemical properties of a series of electrostaticallyself-assembled films based on sandwich-type polyoxometalates and abichromophore hemicyanine dye，Journal of Colloid and Interface Science，2013，393，92-96；(c)L.H.Gao^＊，Q.L.Sun，J.M.Qi，X.Y.Lin，K.Z.Wang.Enhanced photocurrentgeneration from an electrostatically self-assembled film of sandwich-typetetracadmium(II)tungstophosphorate/hemicyanine，Electrochimica Acta，2013，92，236-242；(d)L.H.Gao^*，Q.L.Sun，X.y.Lin，J.M.Qi，K.Z.Wang.Photoelectrochemicalproperties of three inorganic/organic hybrid films formed from sandwich-typetetrazinc(II)tungstophosphorate and hemicyanines with varied alkyl chainlengths，Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2013，423，162-169.(e)X.Chen，L.H.Gao，Z.B.Zheng，K.Z.Wang^*.Photoelectrochemicalproperties of electrostatically self-assembled multilayer films formed bythree bipolar hemicyanines and H₄SiW₁₂O₄₀，Mater.Res.Bull.，2013，48(2)，595-602.]，研究結果發現，不同組成和結構的雜多配合物對同一種半菁衍生物光敏劑的光電轉換性能的影響有很大差別。例如，含6個CH₂烷基鏈的半菁衍生物(H⁶)光敏劑與H₄SiW₁₂O₄₀形成的(SiW₁₂/H⁶)₁薄膜工作電極產生的最大的光電流密度僅為0.36μA/cm²，(P₂W₁₈M₄/H⁶)₁(M＝Ni，Cu，Zn，Cd)系列薄膜工作電極的光電流最大可達到2.51～3.68μA/cm²，而(BW₁₁M/H⁶)₁(M＝Co，Ni，Cu)系列薄膜工作電極產生的光電流為3.72～5.07μA/cm²。因此，通過探索改變薄膜工作電極中的雜多配合物的組成和結構，可以獲得具有增強光電轉換性能的薄膜材料。經過大量的實驗探索，我們發現鋅鎢系列雜多配合物能夠不同程度的增強半菁衍生物(H⁶)光敏劑的光電轉換性能，目前，該薄膜修飾電極材料未見報道。另外，薄膜工作電極的制備采用了靜電自組裝方法，基片的形狀和大小不受限制，并且不需要特殊的儀器設備，制備方法簡單易操作，制備的薄膜工作電極穩定性好，具有實用價值。