有机钌化合物的结构式
TiO2染料敏化太阳能电池具有可见光响应强和光电转换效率高等优点, 是太阳能电池研究领域重点课题之一. 近年来, 该研究主要聚焦在拓宽有机染料的光谱响应,提高采光效率,增强有机/半导体表面相互作用, 提高电子注入效率, 减少纳晶散射效应和电子注入界面复合几率等方面. 研究表明, 染料的HOMO、LUMO能级位置和能级宽度, 染料能级与TiO2能带的匹配以及染料敏化太阳能电池的能带结构等因素对光电转换的效率具有重要的影响.
然而,利用新的有机染料和TiO2等半导体材料制备新型表面敏化TiO2基复合薄膜, 确定其能带结构, 研究染料的能级与TiO2基薄膜能带结构的匹配关系以及TiO2基薄膜能带结构对光电转换效率的影响和光致界面电荷转移机理尚少见报导.
南开大学物理学院翟晓辉等人采用离子束溅射技术制备出TiO2/ITO、Zn2+掺杂的TiO2(TiO2-Zn)/ITO和TiO2/ZnO/ITO薄膜, 采用表面敏化技术和旋转涂膜法, 制备出(1,10-邻菲咯啉)2-2-(2-吡啶基)苯咪唑钌混配配合物(Rup2P)表面敏化的TiO2基复合薄膜Rup2P/TiO2/ITO、Rup2P/TiO2-Zn/ITO和Rup2P/TiO2/ZnO/ITO. 表面光电压谱(SPS)结果发现: 敏化后的TiO2基薄膜在可见区(400-600 nm)产生SPS响应; TiO2基薄膜的能带结构不同, 其在400-600nm和350 nm处的SPS响应的峰高比不同.利用电场诱导表面光电压谱(EFISPS),测定TiO2基薄膜和表面敏化TiO2基复合薄膜各种物理参数,并确定其能带结构. 分析可知, 表面敏化TiO2基复合薄膜在400-600 nm的SPS响应峰主要源于Rup2P分子的中心离子Ru4d能级到配体1,10-邻菲咯啉仔π1*和2-(2-吡啶基)苯咪唑π2*能级的跃迁; TiO2中Zn2+掺杂能级有利于Ru 4d能级到配体π1*和π2*跃迁的光生电子向TiO2-Zn导带的注入; TiO2/ZnO异质结构有利于光生电子向ITO表面的转移, 从而导致可见光(400-600 nm) SPS响应增强以及光电转换效率的提高.