鋅單氧紫質衍生物之合成與染料敏化太陽能電池光電轉換效率之應用研究

Abstract

近期的染料敏化太陽能電池研究中指出，鋅紫質錯合物比傳統的釕金屬錯合物有更好的光電轉換效率(η%)。因此促使我們對於環修飾的單氧紫質以及鋅單氧紫質之軸配位基效應進行研究。我們設計合成出一系列的鋅單氧紫質錯合物，meso_ZnN3OA、meso_ZnN3OAC及beta_ZnN3OA，並針對其光物理性質進行探究。這是第一次將鋅單氧紫質錯合物作為光敏染料應用於染料敏化太陽能電池中。 利用鋅單氧紫質錯合物之軸配位基可以避免染料堆疊在二氧化鈦表面。在紫外-可見光光譜上，鋅單氧紫質錯合物的Soret band比鋅紫質錯合物更紅外移，由於單氧紫質環不對稱性造成吸收峰分裂以及變寬。meso_ZnN3OAC因為有CN強拉電子基所以在吸收光譜上比meso_ZnN3OA更紅位移。而在電化學研究中，我們觀察到鋅單氧紫質錯合物的HOMO-LUMO能階差比鋅紫質錯合物小。由ps-fluorescence transients實驗中發現相較於鋅紫質錯合物，因為鋅單氧紫質錯合物上的氯軸配位基避免分子間堆疊也降低了分子間能量的轉移(intermolecular charge transfer)，故鋅單氧紫質有較長的螢光生命周期。TBP在電解液中對於一般染料電池效率有顯著的提升效果。但當使用無TBP電解液進行元件效率測量時效率可以較有TBP時高十倍。由螢光生命周期量測間接證實我們的軸配位基會與電解液中的碘離子產生置換，使得螢光生命周期變短降低電池效率。 在我們的量測結果，與鋅紫質錯合物不同，鋅單氧紫質beta_ZnN3OA比meso_ZnN3OA有更好的光電轉換效率。亦如我們的預期meso_ZnN3OAC有比meso_ZnN3OA更好的光電轉換效率。