《表1 三种染料敏化电池的光伏参数表》

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《一种天线分子与卟啉染料自组装在染料敏化太阳能电池中的应用》

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为了研究天线效应对于光伏性能的影响，我们在相同的条件下组装了DSSCs器件，相应的光伏参数收录在表1中。图7a给出的是太阳能电池器件的J-V曲线。可以看到，基于H2-p TCPP的太阳能电池器件的转换效率为1.18%，开路电压VOC为488mV，短路电流密度JSC为3.42 mA·cm-2，填充因子FF为70.60%。此器件的转换效率较低，主要是因为开路电压和短路电流都不太理想。经过金属锰修饰后的器件Mn-p TCPP的转换效率略有提高，达到了1.27%，但基本变化不大，主要是因为开路电压和短路电流都没有较大的变化，而经过与天线分子S3进行协同作用之后，Mn-p TCPP+S3器件的短路电流得到了极大的改善，从3.42 mA·cm-2增加到了5.57mA·cm-2。这主要是因为经过与天线分子自组装后，器件的光谱响应得到了良好的改善，整体的光子捕获能力有较大提高（从它们的吸收光谱也能够得到印证），因此太阳能电池的转换效率也显著提高，达到了2.65%，相对于基准染料H2-p TCPP的转换效率提高了近1.2倍。器件的短路电流有较大的提高归因于光子捕获能力的提高，为了验证这一效果，我们进一步测试了器件的单色光电转换效率（IPCE）。如图7b所示，从H2-p TCPP的IPCE曲线中可以看到其光电流响应范围达到了近680 nm，特别是在400～450 nm这一范围有良好的响应，在420 nm处的响应值达到了62.7%。由于染料本身在长波区吸收较差，因此导致器件整体在长波区的单色光电转换数值较低。由图7b还可看到，在经过与天线分子S3自组装后，染料整体的单色光电转换有了较好的改善，整体响应数值都增加了。由于S3的引入，首先在380～400 nm这个短波区域光电响应的数值增加了，这是有利于提高器件的短路电流的。此外，经过自组装后卟啉染料在440～600 nm这一区域范围内的光子捕获能力得到了显著的改善，这也十分有利于提高器件整体的光响应电流，因此短路电流增加了2.15 mA·cm-2。另一方面，与天线分子自组装后器件的开路电压也显著提高了，由原来的488 mV增加到了676 mV。这可能是因为S3引入之后，其较好的立体位阻结构有利于减少氧化态的电解质向光阳极渗透，从而抑制了电荷复合行为，这是十分有利于提高器件的开路电压的。另外，我们推测基准染料在吸附于光阳极表面后会留有大量未吸附染料的活性位点，而天线分子吸电子端较好的平面性可能会使得其还起到一定的共吸附作用，从而填充了基准染料之间的空隙，这也同样是有利于抑制电荷复合行为的。以上因素结合起来使器件的开路电压提高了188 mV。