Luận án tiến sĩ: Understanding the performance determining processes in dye sensitized solar cells
Luận án tiến sĩ phân tích các quá trình xác định hiệu suất pin mặt trời nhạy quang (DSSC). Mục tiêu: hiểu cơ chế, tối ưu hóa và cải thiện hiệu quả.
The Johns Hopkins University
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
181
Thời gian đọc
28 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I.Tối ưu hóa Hiệu suất Pin Mặt trời DSSC Tổng quan
Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất của pin mặt trời nhuộm màu (DSSC). DSSC đại diện cho một công nghệ quang điện đầy hứa hẹn. Mục tiêu chính là nâng cao khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Luận án đi sâu vào các quá trình quyết định hiệu suất, từ cơ chế cơ bản đến các chiến lược cải tiến vật liệu. Việc hiểu rõ các thành phần và động lực học bên trong DSSC là rất quan trọng. Điều này bao gồm khảo sát các thành phần chính, cơ chế hoạt động, và các kỹ thuật đặc trưng cần thiết để đánh giá hiệu suất. Pin mặt trời nhuộm màu cần được tối ưu hóa liên tục để đạt được tiềm năng thương mại hóa. Công việc này đặt nền tảng cho việc phát triển các thiết bị hiệu quả hơn và bền vững hơn.
1.1. Cơ chế và Thành phần DSSC Cơ bản
Pin mặt trời nhuộm màu (DSSC) bao gồm nhiều thành phần cốt lõi. Chúng bao gồm chất bán dẫn oxide nano (thường là TiO2), một lớp thuốc nhuộm hấp thụ ánh sáng, chất điện phân với cặp môi giới redox, và điện cực đối. Quá trình hoạt động của DSSC bắt đầu khi thuốc nhuộm hấp thụ photon, tạo ra các điện tử. Các điện tử này sau đó được tiêm vào dải dẫn của chất bán dẫn. Tiếp theo, điện tử được thu thập bởi điện cực và di chuyển qua mạch ngoài, tạo ra dòng điện. Chất điện phân tái tạo lại trạng thái oxy hóa của thuốc nhuộm đã bị kích thích. Cơ chế này đảm bảo chu trình liên tục của quá trình chuyển đổi năng lượng. Việc hiểu sâu các cơ chế tiêm điện tử, thu thập điện tích và tái tạo thuốc nhuộm là nền tảng. Các kỹ thuật đặc trưng được sử dụng để đánh giá hiệu suất, bao gồm đo lường dòng điện-điện áp và các phép đo quang phổ.
1.2. Mục tiêu Nghiên cứu và Phạm vi Luận án
Mục tiêu chính của luận án là tối ưu hóa hiệu suất tổng thể của pin mặt trời nhuộm màu (DSSC). Nghiên cứu tìm cách khám phá và hiểu rõ hơn các quá trình hạn chế hiệu suất. Luận án được cấu trúc thành nhiều chương, mỗi chương giải quyết một khía cạnh cụ thể của DSSC. Các chương bao gồm giới thiệu tổng quan về lịch sử, thành phần và cơ chế của DSSC. Sau đó, luận án đi sâu vào các yếu tố ảnh hưởng như pH và việc sử dụng các môi giới redox thay thế. Phạm vi nghiên cứu cũng bao gồm việc khám phá các tương tác cụ thể giữa thuốc nhuộm và môi giới redox. Điều này nhằm nâng cao cả điện áp mạch hở và hiệu suất thu hoạch ánh sáng. Mỗi phần của công trình đóng góp vào việc phát triển các chiến lược cải tiến cho DSSC, hướng tới mục tiêu năng lượng tái tạo hiệu quả.
II.Ảnh hưởng pH đến Quá trình Điện tử DSSC Động học
Nghiên cứu đã khảo sát sâu sắc ảnh hưởng của pH đến động học điện tử trong pin mặt trời nhuộm màu (DSSC). pH của môi trường điện phân có thể thay đổi đáng kể các quá trình tiêm và thu thập điện tử. Việc điều chỉnh pH là một chiến lược quan trọng để tinh chỉnh hoạt động của thiết bị. Các kết quả chỉ ra rằng pH ảnh hưởng mạnh mẽ đến hiệu quả thu thập điện tích hơn là hiệu suất tiêm điện tử. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát môi trường bề mặt oxide để tối ưu hóa dòng điện. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về các cân bằng proton hóa-khử proton hóa bề mặt TiO2 và vai trò của chúng trong hiệu suất DSSC.
2.1. Động học Tiêm và Thu thập Điện tử Ảnh hưởng pH
pH môi trường có tác động lớn đến động học tiêm điện tử và thu thập điện tử trong DSSC. Các quá trình này là cực kỳ quan trọng đối với hoạt động của pin. Tiêm điện tử là bước đầu tiên của quá trình tạo ra dòng điện. Thu thập điện tử là quá trình điện tử di chuyển qua chất bán dẫn đến điện cực ngoài. Nghiên cứu này đã xác định rằng pH chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình thu thập điện tích. Mức độ tiêm điện tử ít nhạy cảm hơn với sự thay đổi pH. Điều này chỉ ra rằng các chiến lược tối ưu hóa nên tập trung vào việc quản lý môi trường bề mặt để tăng cường hiệu quả thu thập điện tử. Hiểu biết này là cần thiết để thiết kế DSSC hoạt động ổn định và hiệu quả dưới các điều kiện vận hành khác nhau.
2.2. Cân bằng Proton hóa bề mặt TiO2 và Hiệu quả Thu thập
Hiệu quả thu thập điện tích có mối liên hệ trực tiếp với cân bằng proton hóa-khử proton hóa trên bề mặt TiO2. Bề mặt oxide titan (TiO2) là nơi diễn ra quá trình tiêm điện tử và vận chuyển điện tích. Sự thay đổi pH dẫn đến sự thay đổi trạng thái proton hóa của bề mặt TiO2. Trạng thái proton hóa này ảnh hưởng đến năng lượng dải và khả năng tương tác với các điện tử. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc kiểm soát cân bằng này là yếu tố then chốt để tối đa hóa hiệu suất DSSC. Việc tinh chỉnh môi trường pH có thể dẫn đến việc tăng cường đáng kể khả năng thu thập điện tử. Điều này giúp nâng cao hiệu suất tổng thể của thiết bị. Hiểu rõ sự phụ thuộc này cho phép phát triển các chất điện phân và chiến lược điều chỉnh bề mặt tốt hơn.
III.Môi giới Redox Thay thế Tăng cường Hiệu quả DSSC
Việc khám phá các môi giới redox thay thế là một trọng tâm chính trong việc tối ưu hóa hiệu suất pin mặt trời nhuộm màu (DSSC). Môi giới redox đóng vai trò quan trọng trong việc tái tạo chất nhạy đã bị oxy hóa. Điều này cần thiết để duy trì chu trình tạo ra điện tích liên tục. Đồng thời, việc lựa chọn môi giới redox cũng ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp mạch hở (Voc) của pin. Mục tiêu là tìm ra các hệ thống môi giới mang lại cả hiệu suất quang dòng cao và Voc tối đa. Nghiên cứu đã chứng minh rằng các lựa chọn thay thế có thể vượt trội so với các hệ thống iodide/tri-iodide thông thường, mở ra những con đường mới cho việc phát triển DSSC hiệu quả hơn.
3.1. Tái tạo Bộ nhạy và Tối đa hóa Điện áp Mạch hở Voc
Tái tạo bộ nhạy hiệu quả là yếu tố sống còn đối với hoạt động bền vững của DSSC. Sau khi tiêm điện tử, bộ nhạy bị oxy hóa cần được khử lại bởi môi giới redox. Quá trình này đảm bảo bộ nhạy sẵn sàng hấp thụ photon và tiêm điện tử mới. Mục tiêu là tối ưu hóa quá trình tái tạo này để duy trì dòng điện ổn định. Đồng thời, việc tối đa hóa điện áp mạch hở (Voc) cũng rất quan trọng. Voc bị ảnh hưởng bởi sự khác biệt về mức năng lượng giữa chất bán dẫn và môi giới redox. Việc tìm kiếm các môi giới redox phù hợp giúp giảm thiểu mất mát năng lượng. Điều này dẫn đến việc tăng cả Voc và hiệu suất chuyển đổi năng lượng tổng thể của pin.
3.2. Hiệu suất Pin với Môi giới Bipyrazine Ruthenium Mới
Nghiên cứu đã kiểm tra các hệ thống môi giới redox thay thế với bộ nhạy ruthenium dựa trên bipyrazine. Các bộ nhạy này được neo trên bề mặt SnO2. Một môi giới redox thay thế, (SeCN)2-/SeCN-, đã được so sánh với hệ thống I3-/I- thông thường. Kết quả cho thấy việc sử dụng môi giới (SeCN)2-/SeCN- mang lại hiệu suất quang dòng cao hơn. Ngoài ra, điện áp của pin cũng được cải thiện đáng kể. Điều này nhấn mạnh tiềm năng của các hệ thống môi giới redox phi-iodide trong việc nâng cao hiệu suất DSSC. Các phát hiện này cung cấp hướng đi quan trọng cho việc phát triển các vật liệu mới. Chúng góp phần vào việc đạt được các DSSC có hiệu suất cao hơn, đặc biệt trong các ứng dụng năng lượng mặt trời.
IV.Tương tác Bộ nhạy và Iodide trong DSSC Cơ chế
Nghiên cứu sâu về tương tác giữa iodide và bộ nhạy ruthenium polypyridyl đã được thực hiện. Mục đích là làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của môi giới redox iodide/tri-iodide. Hệ thống iodide/tri-iodide là một trong những môi giới redox phổ biến nhất trong DSSC. Hiểu rõ cách iodide tương tác với bộ nhạy là cần thiết để cải thiện hiệu suất của pin. Các nghiên cứu đã khám phá tương tác này trong cả pha rắn và dung dịch dichloromethane. Kết quả chỉ ra rằng những tương tác cụ thể này có tiềm năng cải thiện hiệu suất pin mặt trời. Phát hiện này mở ra cơ hội thiết kế các bộ nhạy và chất điện phân hiệu quả hơn, tối ưu hóa quá trình tái tạo điện tích.
4.1. Cơ chế Môi giới Iodide Tri iodide Chi tiết
Cơ chế hoạt động của môi giới redox iodide/tri-iodide đã được nghiên cứu chi tiết. Môi giới này đóng vai trò quan trọng trong việc hoàn thành chu trình điện tử trong DSSC. Sau khi bộ nhạy tiêm điện tử vào chất bán dẫn, nó trở thành dạng oxy hóa. Ion iodide (I-) sau đó khử dạng oxy hóa của bộ nhạy, trở thành I3-. Tri-iodide (I3-) sau đó được khử tại điện cực đối, tái tạo I-. Quá trình này đảm bảo dòng điện liên tục. Nghiên cứu đã tập trung vào cách ion iodide tương tác trực tiếp với bộ nhạy ruthenium polypyridyl. Việc hiểu rõ các tương tác này ở cấp độ phân tử là chìa khóa. Nó giúp xác định cách tối ưu hóa sự tái tạo bộ nhạy và giảm thiểu các phản ứng phụ không mong muốn. Điều này dẫn đến việc cải thiện hiệu suất quang điện tổng thể của thiết bị.
4.2. Cải thiện Hiệu suất qua Tương tác Iodide Độc đáo
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tương tác giữa bộ nhạy và iodide có thể cải thiện hiệu suất pin mặt trời. Các tương tác này được quan sát trong cả pha rắn và dung dịch dichloromethane. Sự tương tác cụ thể này có thể ảnh hưởng đến các quá trình như chuyển giao điện tích và tái tổ hợp. Việc tối ưu hóa các tương tác này có thể dẫn đến việc giảm tổn thất năng lượng và tăng hiệu quả chuyển đổi. Việc khám phá các tương tác độc đáo giữa bộ nhạy và các thành phần môi giới redox là một khía cạnh quan trọng của thiết kế DSSC. Kết quả này cung cấp cái nhìn sâu sắc về việc làm thế nào các yếu tố môi trường cục bộ ảnh hưởng đến động học điện tử. Từ đó, nó định hướng cho việc phát triển các hệ thống DSSC tiên tiến hơn với hiệu suất vượt trội.
V.Cải thiện Thu hoạch Ánh sáng cho DSSC Bền vững
Việc tăng cường hiệu suất thu hoạch ánh sáng là một yếu tố quyết định để nâng cao hiệu quả của pin mặt trời nhuộm màu (DSSC). Khả năng hấp thụ ánh sáng của bộ nhạy trực tiếp ảnh hưởng đến số lượng điện tử được tạo ra. Nghiên cứu đã khám phá các chiến lược để tối đa hóa sự hấp thụ photon. Một trọng tâm cụ thể là việc sử dụng bộ nhạy zinc tetraphenylporphyrin. Phát hiện cho thấy tương tác cụ thể giữa iodide và bộ nhạy này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất thu hoạch ánh sáng. Điều này đóng góp vào việc phát triển các DSSC hiệu quả hơn và bền vững hơn, sử dụng tối đa năng lượng mặt trời có sẵn. Việc tối ưu hóa thu hoạch ánh sáng là một bước quan trọng trong việc đạt được DSSC với hiệu suất cao hơn và khả năng ứng dụng rộng rãi hơn.
5.1. Nâng cao Hiệu suất Thu hoạch Ánh sáng DSSC
Hiệu suất thu hoạch ánh sáng là một chỉ số quan trọng trong DSSC. Nó phản ánh khả năng của bộ nhạy trong việc hấp thụ quang phổ mặt trời và tạo ra các điện tử. Để nâng cao hiệu suất tổng thể của DSSC, cần tối đa hóa lượng ánh sáng được hấp thụ và chuyển đổi. Nghiên cứu này đã xem xét các cách để cải thiện hiệu suất thu hoạch ánh sáng. Một trong những cách tiếp cận là thông qua việc lựa chọn và sửa đổi cấu trúc của bộ nhạy. Mục tiêu là mở rộng phổ hấp thụ và tăng cường mật độ hấp thụ. Việc phát triển các bộ nhạy mới hoặc cải tiến các bộ nhạy hiện có là cần thiết. Điều này giúp tận dụng hiệu quả hơn năng lượng mặt trời, góp phần vào sự phát triển của công nghệ năng lượng tái tạo.
5.2. Tương tác Iodide với Bộ nhạy Porphyrin Cụ thể
Một tương tác cụ thể giữa iodide và bộ nhạy zinc tetraphenylporphyrin đã được chứng minh là cải thiện hiệu suất thu hoạch ánh sáng của DSSC. Các bộ nhạy porphyrin nổi tiếng với khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh mẽ. Nghiên cứu này đã phát hiện một tương tác đặc biệt. Tương tác này có thể tinh chỉnh các đặc tính quang học của bộ nhạy, dẫn đến sự hấp thụ photon hiệu quả hơn. Việc hiểu rõ bản chất của tương tác này là rất quan trọng. Nó cho phép các nhà khoa học thiết kế các bộ nhạy porphyrin với hiệu suất cao hơn. Sự cải thiện trong thu hoạch ánh sáng trực tiếp dẫn đến việc tăng dòng quang điện. Điều này làm cho DSSC trở nên cạnh tranh hơn và khả thi hơn về mặt thương mại.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (181 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộUnderstanding the Performance Determining Processes in Dye Sensitized Solar Cells by Andras Marton A dissertation submitted to The Johns Hopkins University in conformity with the requirements of the degree of Doctor of Philosophy Baltimore, Maryland June, 2006 UMI Number: 3240768 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction. In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted. Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion.
® UMI UMI Microform 3240768 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P.
Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Abstract The work presented in this thesis is aimed at optimizing the performance of the dye- sensitized solar cell (DSSC). Chapter 1 presents a brief overview of the history of solar cells and introduces the reader to the components, mechanisms and characterization techniques relevant to the DSSC. Chapter 2 describes the effect pH has on electron injection and collection processes in DSSC’s. Charge collection efficiency, and not the electron injection yield, was related to the TiO, surface protonation-deprotonation equilibria.
In Chapter 3 we examine alternate redox mediators to optimize the regeneration of the oxidized sensitizer while maximizing open circuit voltage (Voc). Bipyrazine based ruthenium sensitizers anchored to SnO; had higher photocurrent efficiencies and cell voltages with the alternative redox mediator (SeCN),/SeCN’ than with the commonly used I,/I. In Chapter 4 the interaction of iodide with a ruthenium ` polypyridyl sensitizer was studied to elucidate the workings of the iodide/tri-iodide redox mediator. The interaction between the sensitizer and iodide in solid phase and in dichloromethane solution was shown to potentially improve solar cell performance.
A more specific interaction between iodide and a zinc tetraphenylporphyrin sensitizer was shown to improve the light harvesting efficiency of the DSSC in Chapter 5. Advisor/Readers: Gerald J. Howard Fairbrother, John P. Toscano ii Acknowledgements First and foremost, I would like to thank Dr.
Gerald Meyer for his guidance, encouragement and patience during my thesis research. I found his deep knowledge and fascination with science to be the greatest motivation a student can receive. Special appreciation goes to my thesis committee Dr. Howard Fairbrother and John Toscano for their time and the feedback they provided.
I would like to thank Dr. David Watson, Dr. Georg Hasselmann and Dr. Jovan Giaimo for all their guidance and friendship.
I appreciate the work of Amy Narducci Sarjeant for the many X-ray structures she collected for me. | I would like to thank Dr. Brian Bergeron, Dr. Arnold Stux and Dr.
Paul Hoertz for their help and ideas during my first few years. Many thanks goes for past and present Meyer group members Shane Ardo, Dr. Laura Bauer, Dr. Nira Birenbaum, Rachael Carlisle, Wei Chen, Chris Clark, Amanda Fond, Robert Freundlich, James Gardner, Gerard Higins, Tamae Ito, Dr.
Feng Liu, Amanda Morris, Ramya Srinivasan, Aaron Staniszewski, Jonathan Stromberg, Diane Wong, Hailong Xia, Dr. Mei Yang for all the great time we spent together. I’m thankful to Dr. Stephen Bransfield and Leslie Machado for their friendship and kindness to me.
Their company brings happiness and comfort to my everyday life. Finally, I would like to thank my parents, my brother, my grandparents, my cousins, aunts and uncles for their love and support. Thank you for understanding my absence from home for so long. Without an amazing family like you none of this would have been possible.
iti Table of Contents ADStYractu.ccccccscccsssssccocssscosees eecce ©@©esoœeeo©eoeeooeeẴẰ©oo009602020606006ee0600060602060606066e96 999909909s960e6e6e6e6e66 lị Acknowledg€Im€InfS.o-oss se s9 S6E16161E56565 88566655 sxssssssseesessee bili Table of COTIÉ€TIÉS.o 85685556sseses IV List of Ta Ì€§. 9989566666854 ssessese VỈ List Of SceImeS. Wi List Of Charts.ccccccsssssscssssssscsssscsescesers H1 sssissnansnssnnsnasesseeosoes Vili -_ List of EÏØUITS. 9 0995685866566566655855585665656esesesssssesse EX Chapter 1: Introduction to Dye-sensitized Solar Cells.2 Composition of a dye-sensitized solar Cell.
--- sàn TT T01 Tàn HT TT HH nguy 6 1.3 Semiconductors in dye-sensitized solar cells: TiOz and SnO¿,.4 Redox Im€iAỂOT.TH HH ThS 12 G1991 01101 1111101901 1.3 Dye-sensitization Mechanisim.4 Characterization of dye-sensitized solar celÏs.5 Optimization of dye-sensitized solar ceÏÏS. -s- s6 G xxx se ssa - 20 IS. 22 Chapter 2: Influence of Surface Protonation on the Sensitization Efficiency of Porphyrin-Derivatized 'TÌO;. Ăn HH ng TT To TH TH HH CC TC ve 31 3.6 Acknowl€gTm€TI.
«cv 1H10 11T TT HH HH HH nu Cu nh nu gu gà 57 3.ccscesccsssctscecccessesscssscsscesscessessscssesaeecssseucensesseecesuscsassssvesesessceesenses 58 Chapter 3: Dye-Sensitized SnO; Electrodes with Iodide and. Pseudohalide Redox Mediators .-- 0555 se sec<sessssssseeesessssss OD 3. «ch Hà TH HT TH ng TT TH TH ve 67 3. HH HH HT TT.
TT TH Ho TH Co ch ng gà 69 3. - - ‹ccn191 11116 1101301 1 ng ng nrườ te 87 3. - ch nHY TH TT ng ng gệp 91 Chapter 4: Static and Dynamic Quenching of Ru() Polypyridyl Excited States by Lodide. HH HT TH HT TH ng 3g 97 4.
ng ng To TH Ti cớ 123 4.6 Acknowledg€Ime€ïnt. --- óc 9919013011011 11T ng HH Tư Tu ch ng 124 4. 125 Chapter 5: Axial Halide Ligation to Surface Attached Zinc Porphyrins: Implications in Dye Sensitized Solar CelÌs. - 9T HT TH TH Tu TH HC cu ni 127 5.- HH H901 HT HT nu Cu gu cớ 128 `.
TH TT nu HH TH CC ky 140 5. 143 Appendix 1: Insights into Dye-Sensitization of Planar TiO;: Evidence for Involvement of a Protonated Surface Stafe.---- c0 01910101 T1 TT TT TH HH kg 147 A1.3 Results and Discussion. 92101 0111110 1101 1g HT Cu TH cuc 153 AL1. Án" 001110100 1n HH TH HH và 154 Appendix 2: Evidence for Static Quenching of MLCT Excited States by TOdide m.2 Results and 1SCUSSIOï\.
TT TH 01 0 1T TT ng nh nh nu ng gu ngu 164 A2.-- 0G G180889 2z 165 Curriculum VỈ(ae. - ng ng HH TT TH HH E915 51511 167 Má List of Tables Table 2. Summary of porphyrin energetiCs. Ground-state absorption maxima Amax.abs, Steady-state photoluminescence maxima Amax.em, SUrface adduct formation constant Kạa, and saturation surface Oe A ce 72 Table 3.
Absorbed photon-to-current conversion efficiencies (APCEs) measured at the absorption maximum for each sensitizer with ~ 1 mW/cm2 irradiance. Open circuit voltage (Voc) measured at the absorption maximum for each sensitizer with ~ 1 mW/cm? irradiance. Short circuit photocurrent densitiesš se); open circuit voltages (Voc), and fill factors (ff) obtained under ~ 11.1 mW/cm’ of 488 nm illumination using (SeCN)2/SeCN’ as the redox mediator. The ground-state absorbance was ~ 0.2 at ABS MM.
The log (7;„) divided by the log (Irradiance), and Vọ. divided by log (27s). Irradiance measurements were performed with 488 nm illumination and (SeCN)2/SeCN’ as the redox rn€di8fOT. -- óc - ch HH kg eg 80 Table 4.
Stern-Volmer quenching constants for Ru(bpy)2(deeb)”*" by iodide as a function Ofionic strength. Crystalparameters for Ru(bpy)2(deeb)(D)2 and Ru(bpy)2(deeb)(PF¢)2. Shiftin absorption maxima, equilibrium constant and extinction coefficient for the addition of halide to SE209 on surface andin propylene carbonate. Summary of sensitizer energetics.ccccescesssssssecssesesessecsessssscsecsesaseneese 150 vi List of Schemes Scheme 1.
Processes involved in the dye sensitization of wide band gap semiconductors in a regenerative solar Cell .-- 5 5 sex crsecs 16 Scheme 2. Mechanism of pH-dependent charge collection efficiency. (a) At basic pH, electron injection is followed by rapid charge recombination. (b) At acidic pH, electron injection is followed by transport through the film.
_ May accompany electron fTATISPOFFẲ.-G- G0 HH net 54 Scheme 3. The conduction band-edge energy of single crystal SnO; (Ecg at pH = 1) is shown on the left hand side with the ground- and excited-state reduction potentials of the ruthenium sensitizers, and the reduction potentials of the mediators in acetonitrile on the right. All potentials are vs. Proposed mechanism consistent with experimental observation following the photoexciation of the [Ru(bpy)z(đeeb),(Ï)¿].--- 5 55 5< << c<s << ces 122 vii List of Charts Chart 2.
Structures of the porphyrin sensitizers, 1: M = Zn(II), X = CO;H; 2: M= 2H, X = CO2H; 3: M =Pt(1), X = CO2H; 4: M = Zn(II), X = PO¿H;. Structures of the porphyrin sensitizers, 1: M = Zn(II), 2: M = Ho, and 3: M "x7. 146 viii List of Figures Figure 1. Structure of cis-di(thiocyanato)bis(2,2’-bipyridyl-4,4’-dicarboxylic acid)ruthenium(I]) sensitizer.
Commonly referred to as N3 dye. Potential distribution for n-type semiconductors. Latimer type diagram for [/I;. All potentials are measured in aqueous solution vs NHHE.
HH HH TH Tàn TT TH TH TH HH HH HH 13 Figure 1. Current-voltage curve for N3 sensitized TiO. electrode immersed in an electrolyte comprised of 0.6 M 3-butyl-1-methyl imidazolium hexaforophosphate, 0.05 M I, in 1:1 valeronitrile:acetonitrile. Quasi monochromatic radiation centered at 500 nm was used.
Scanning electron micrographs of TiO, films on FTO. Images a-c are low- surface-area TiO. films prepared by oxidation of sputter-deposited titanium films at deposition times of 4 min (a), 7. Image d is a nanocrystalline film from the sol-gel pTD.-- óc HH ng cee 33 Figure 2.
Equilibrium binding data for 1 on low-surface-area TiO, (a) and nanocrystalline T1O› (b). The insets show plots of [1]/J vs [1] and fits to the Langmuir adsorption isotherm. For low-surface-area TiOo, Kaa = 10° M? and 7;max = 4. For nanocrystalline TiO, Kag = 101 MT and 7;max = 9.
Superimposed on the plots of 7`vs concentration are fits to the data based on the calculated values Of Kag and Ï mạx.- nàn HH1 1111111 xprrke 35 Figure 2. a) Mott-Schottky plots for an underivatized low-surface-area TiO film with frequency of 100 Hz and peak to peak voltage oscillation of 3 mV. Superimposed are linear fits of the data. b) TiO> flat-band potential (Erg) vs electrolyte pH for an underivatized low-surface-area TiO, film.
Erg was estimated from the onset potentials of bandgap photocurrent (a, slope = 68 + 3 mV/pH) and from the x-intercepts of Mott-Schottky plots (A, slope = 59 + 2 mV/pH). (a) Photocurrent action spectra of 2-derivatized low-surface-area TiO film at electrolyte pH’s of 2. (b) Photocurrent action spectra of 1-derivatized low-surface-area TiO, film at electrolyte pH’s of 2. IPCE = incident photon-to-current efficiency.
Superimposed on the photoaction spectra are absorptance spectra of the films (—). Inset to Fig. 4a: Plots of Soret band photocurrent vs electrolyte pH for 1(m), 2(®), 3(A), and 4(¥). Transient absorbance difference (AA) spectra of 1-modified nanocrystalline TiO, (8) and 1-modified nanocrystalline ZrO, (4) films, 10 ns after 417 nm excitation.
7¡ = 3 x 10° mol/cm” on both films. The films were immersed in 0.1 M Na2B,Q;7 at pH 2. Superimposed on the spectrum of 1-modified TiO) is a simulated spectrum (---) based on the sum of contributions from the ° (r,7*) excited state and the oxidized pOTPHTiH. - G1 HH ng ng gu 43 ix Figure 2.
Transient absorbance difference (AA) traces at 380 nm (a), 430 nm (b), and 700 nm (c) for a 1-modified nanocrystalline TiO. film immersed in 0.1 M Na;B4O; at pH’s of 2. The pump wavelength WAS 417 TIM. G0 0 TH Tu TH TT 01081 00011 0111011100118 550 46 Figure 2.
pH Dependence of the normalized absorbance difference (AAo/AAo max), 10 ns after pulsed laser excitation, at 380 nm (m), 430 nm (®), and 700 nm( A) for a 1- modified nanocrystalline TiO, film. Superimposed on the data is the pH dependence of Soret band sensitized photocurrent for a 1-modified low-surface-area TiO? film (O). Normalized ground-state absorbance and steady-state photoluminescence vs wavelength of Ru(deeb)(bpy)2(PF¢)2 (solid line), Ru(deeb)2(dpp)(PFs)2 (dashed line), Ru(deeb)›(bpz) (PF¢)2 (dotted line), on SnO; in argon purged acetonitrile SOLUION. A Langmuir binding isotherm model of Ru(deeb)(bpy)2(PF¢)2 (squares), Ru(deeb)2(dpp)(PFe)2 (circles), and Ru(deeb)2(bpz)(PF¢)2 (diamonds), applied to the SnO surface.
Absorbance values were recorded after 24 hours of soaking.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Từ khóa và chủ đề nghiên cứu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ: Understanding the performance determining processes in dye sensitized solar cells" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ phân tích các quá trình xác định hiệu suất pin mặt trời nhạy quang (DSSC). Mục tiêu: hiểu cơ chế, tối ưu hóa và cải thiện hiệu quả.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Understanding the performance determining processes in dye sensitized solar cells" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại The Johns Hopkins University. Năm bảo vệ: 2006.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Understanding the performance determining processes in dye sensitized solar cells" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Understanding the performance determining processes in dye sensitized solar cells" thuộc chuyên ngành Chemistry. Danh mục: Khoa Học Giáo Dục.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Understanding the performance determining processes in dye sensitized solar cells" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Understanding the performance determining processes in dye sensitized solar cells" có 181 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ: Understanding the performance determining processes in dye sensitized solar cells" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.