葉綠素衍生物敏化納米TiO2太陽能電池的研究.pdf

1、葉綠素屬于卟啉類化合物廣泛存在于自然界中，其具有π共軛大環(huán)結(jié)構(gòu)，吸光范圍覆蓋紫外可見光區(qū)，在綠色植物的光合作用中起捕獲與轉(zhuǎn)移光能的作用。鑒于葉綠素具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)及光電性質(zhì)，本文以葉綠素衍生物為染料，構(gòu)建染料敏化太陽能電池(DSSC)，并研究其光電性能。
　　本文從竹葉中提取并改性葉綠素得到 Chl-MgNa，并對其光學(xué)及電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明Chl-MgNa在紫外可見光區(qū)有較強(qiáng)吸收，并且其基態(tài)及激發(fā)態(tài)能級均符合 DSS

2、C的染料的能級要求。以 Chl-MgNa為染料構(gòu)建 DSSC，從染料濃度、介質(zhì) pH值、敏化溫度等方面對敏化條件進(jìn)行優(yōu)化。在最佳條件下敏化電極，并以銀色錫箔紙為電池背景，取得了最高光電轉(zhuǎn)化率，達(dá)到了0.44％。利用量子化學(xué)計(jì)算優(yōu)化 Chl-MgNa及葉綠素結(jié)構(gòu)。優(yōu)化結(jié)果表明Chl-MgNa具有羧基，更有利于吸附到TiO2表面。
　　將Chl-MgNa酸化，去除中心Mg2+引進(jìn)Zn2+等離子，得到Chl-ZnNa等衍生物。對所得衍生

3、物的光學(xué)及電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，結(jié)果表明中心金屬離子對配合物的電子吸收光譜、熒光發(fā)射光譜及熒光量子效率均有較大影響，不同中心金屬離子衍生物的基態(tài)電位和激發(fā)態(tài)電位也不同。光電測試結(jié)果表明，Zn的衍生物光電轉(zhuǎn)化率最高，達(dá)到0.552%。通過對分子前沿軌道的分析，認(rèn)為中心離子半徑的不同，導(dǎo)致金屬離子與卟啉共軛性存在差異，激發(fā)態(tài)電子云的離域范圍不同，從而影響衍生物的熒光量子效率及電池的光電性能。
　　對Chl-MgNa進(jìn)行改性，得到3種錳葉

4、綠素衍生物。量子化學(xué)計(jì)算和熒光測試結(jié)果表明，錳葉綠素衍生物均具有較強(qiáng)的熒光性。其中，Chl-MnH的光電性能最好，光電轉(zhuǎn)化率比未改性Chl-MgNa的高出2.3倍。盡管由分子前沿軌道圖可知Chl-MnH的電子云離域性較Chl-ZnNa的差，但光電性能卻優(yōu)于Chl-ZnNa，這是由于光電性能不僅與衍生物的電子云離域性有關(guān)，還與中心金屬離子3d軌道電子數(shù)目有關(guān)。此外溶劑對光電池性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，本文采用CH2Cl2為溶劑能獲得最好