研究目的
研究染料···TiO?界面结构的纳米级形成过程，以理解染料聚集及其对染料敏化太阳能电池性能的影响。
研究成果
研究表明，染料聚集是染料敏化太阳能电池中的常见现象，不同染料会呈现独特的纳米结构模式。这些发现揭示了染料聚集的分子起源及其对电池性能的影响，为提升器件效率提供了潜在途径。
研究不足
该研究仅限于四种特定染料和非晶态TiO2基底。其发现可能不直接适用于其他染料或不同形态的TiO2。
成像MK-2、N3、N749和SQ-2染料···TiO?界面中的染料聚集现象，这些界面代表染料敏化太阳能电池的工作电极
DOI：10.1021/acsaem.9b02001
期刊：ACS Applied Energy Materials
出版年份：2020
更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要：
染料敏化太阳能电池（DSSCs）是下一代光伏技术的有力竞争者，尤其适用于太阳能窗户等利基应用。该电池性能对吸附于TiO?等宽带隙半导体表面的染料敏化剂极为敏感，这些表面共同构成工作电极。此类表面的敏化方式将影响最终的染料-TiO?界面结构，进而决定工作电极的工作性能。特别是从纳米尺度理解敏化过程，最终有助于提升DSSC器件功能。本研究采用原子力显微镜（AFM）观测染料-TiO?界面结构的纳米级形成过程，以四种知名DSSC染料吸附于非晶态TiO?基底为例：两种钌基染料（N3和黑染料N749）、硫苯基咔唑有机染料MK-2以及两性离子方酸菁染料SQ-2。研究发现所有四种染料在敏化TiO?时均呈现某种聚集形态，其空间分布展现出独特的纳米聚集体特征——N749、N3和MK-2的颗粒簇会线性排列成纳米聚集体链，而SQ-2生色团簇则在非晶态TiO?基底上随机分布。即使采用百倍稀释的染料敏化浓度制备这些染料-TiO?界面，这种纳米颗粒结构组装仍持续存在。通过研究N749染料聚集程度随敏化时间的变化规律，追踪到N749聚集体在首小时内开始形成，并在5小时内完成聚集。观测到的大范围染料纳米聚集体表明，染料-染料相互作用的重要性远超先前认知，其空间分布特性与染料分子的不同聚集模式相关。这些纳米结构特征无疑会影响DSSC的性能表现。
作者：
Hao Chen，Jacqueline M. Cole，Gavin B. G. Stenning，Angel Yanguas-Gil，Jeffrey W. Elam，Liliana Stan，Yun Gong
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