卟啉敏化太阳能电池研究进展

doi:10.6023/cjoc201412018

摘要/Abstract

由于自然界中光合作用的核心结构是卟啉, 其具有良好的光、热和化学稳定性, 在过去的二十年中卟啉染料敏化太阳能电池研究获得了极大的关注, 2014年卟啉染料光电转换效率突破了13%, 成为新的基准效率. 以光电性能为主线, 从分子工程设计的角度出发, 系统性地总结了应用于敏化太阳能电池的不同结构卟啉染料性能的研究进展.

关键词: 染料敏化太阳能电池, 卟啉, 分子工程设计, 光电性能

As a core structure of nature photosynthesis, porphyrin has good light, thermal and chemical stability. In the past two decades, porphyin based dye-sensitized solar cells (DSSC) has attracted much attention relevant to global environmental issues. Up to date, they exhibit the best performance with a benchmark efficiency of 13% reported in 2014 for dye-sensitised solar cells. The progress of porphyrins and their derivatives applied in DSSC from the point of view of molecular engineering design correlated with photovoltaic performance is systematically summarized.

Key words: dye-sensitized solar cells, porphyin, molecular engineering design, photovoltaic performance

引用此文

顾承志, 孟舒献, 冯亚青. 卟啉敏化太阳能电池研究进展[J]. 有机化学, 2015, 35(6): 1229-1237.

Gu Chengzhi, Meng Shuxian, Feng Yaqing. Progress of Porphyrin Sensitizers for Dye-Sensitized Solar Cells[J]. Chin. J. Org. Chem., 2015, 35(6): 1229-1237.

导出引用 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

分享此文

参考文献

[1] Dresselhaus, M. S.; Thomas, I. L. Nature 2001, 414, 332.
[2] Imahori, H. J. Mater. Chem. 2007, 17, 31.
[3] Goncalves, L. M.; Bermudez, V. Z.; Ribeiro, H. A.; Mendes, A. M. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 655.
[4] Nazeeruddin, M. K.; Péchy, P.; Grätzel, M. Chem. Commun. 1997, 18, 1705.
[5] O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737.
[6] Nazeeruddin, M. K.; Kay, A.; Rodicio, I.; Humpbry-Baker, R.; Miiller, E.; Liska, P.; Vlachopoulos, N.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6382.
[7] Nazeeruddin, M. K.; Péchy, P.; Renouard, T.; Zakeerddin, S. M.; Humphry-Baker, R.; Comte, P.; Liska, P.; Cevey, L.; Costa, E.; Shklover, V.; Spiccia, L.; Deacon, G. B.; Bignozzi, C. A.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1613.
[8] Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Exnar, I.; Grätzel, M. Chem. Commun. 2002, 2972.
[9] Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Humphry-Baker, R.; Moser, J. E.; Grätzel, M. Adv. Mater. 2003, 15, 2101.
[10] Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Moser, J. E.; Nazeeruddin, M. K.; Sekiguchi, T.; Grätzel, M. Nature Mater. 2003, 2, 402.
[11] Grätzel, M. J. Photochem. Photobiol. A 2004, 164, 3.
[12] Nazeeruddin, M. K.; Angelis, F. D.; Fantacci, S.; Selloni, A.; Viscardi, G.; Liska, P.; Ito, S.; Takeru, B.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16835.
[13] Gao, F. F.; Wang, Y.; Shi, D.; Zhang, J.; Wang, M. K.; Jing, X. Y.; Humphry-Baker, R.; Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10720.
[14] Yu, Q.; Wang, Y. H.; Yi, Z. H.; Zu, N. N.; Zhang, J.; Zhang, M.; Wang, P. ACS NANO 2010, 4, 6032.
[15] Peter, L. M. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1861.
[16] (a) Mishra, A.; Fischer, M. K. R.; Bäuerle, P. B. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 2474. (b) He, J. J.; Chen, S. X.; Wang, T. T.; Zeng, H. P. Chin. J. Org. Chem. 2012, 32, 472 (in Chinese). (何俊杰, 陈舒欣, 王婷婷, 曾和平, 有机化学, 2012, 32, 472.)
[17] (a) Lindsey, J. S. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 300. (b) Guo, C. C. Chin. J. Org. Chem. 1991, 11, 416 (in Chinese). (郭灿城, 有机化学, 1991, 11, 416.) (c) Pan, J. G.; He, M. W. Chin. J. Org. Chem. 1993, 13, 533 (in Chinese). (潘继刚, 何明威, 有机化学, 1993, 13, 533.)
[18] (a) Wu, D.; Shen, Z.; Xue, Z. L.; You, X. Z. Chin. J. Inorg. Chem. 2007, 23, 1 (in Chinese). (吴迪, 沈珍, 薛兆历, 游效曾, 无机化学学报, 2007, 23, 1.) (b) Li, Z.; Jia, C. Y.; Wan, Z. Q. Prog. Chem. 2011, 23, 1014 (in Chinese). (李孜, 贾春阳, 万中全, 化学进展, 2011, 23, 1014.) (c) Tang, Y. Y.; Mei, Q. B.; Xu, Z. J.; Lin, Q. D. Prog. Chem. 2011, 23, 1915 (in Chinese). (汤雅芸, 梅群波, 徐志杰, 凌启淡, 化学进展, 2011, 23, 1915.)
[19] Imahori, H. Key Eng. Mater. 2011, 451, 29.
[20] (a) Li, L. L.; Diau, E. W. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 291. (b) Urbani, M.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K.; Torres, T. Chem. Rev. 2014, 114, 12330.
[21] Kay, A.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. 1993, 97, 6272.
[22] Nazeeruddin, M. K.; Humphry-Baker, R.; Officer, D. L.; Campbell, W. M.; Burrell, A. K.; Grätzel, M. Langmuir 2004, 20, 6514.
[23] Wang, Q.; Campbell, W. M.; Bonfantani, E. E.; Jolley, K. W.; Officer, D. L.; Walsh, P. J.; Gordon, K.; Humphry-Baker, R.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 15397.
[24] Campbell, W. M.; Jolley, K. W.; Wagner, P.; Wagner, K.; Walsh, P. J.; Gordon, K. C.; Mende, L. S.; Nazeeruddin, M. K.; Wang, Q.; Grätzel, M.; Officer, D. L. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 11760.
[25] Mishra, A.; Fischer, M. K. R.; Bäuerle, P. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 2474.
[26] Lin, C. Y.; Lo, C. F.; Luo, L. Y.; Lu, H. P.; Hung, C. S.; Diau, E. W. G. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 755.
[27] Liu, Y. J.; Xiang, N.; Feng, X. M.; Shen, P.; Zhou, W. P.; Weng, C.; Zhao, B.; Tan, S. T. Chem. Commun. 2009, 18, 2499.
[28] Ma, R.; Guo, P.; Cui, H. J.; Zhang, X. X.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 10119.
[29] Tanaka, M.; Hayashi, S.; Eu, S.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Imahori, H. Chem. Commun. 2007, 2069.
[30] Hayashi, S.; Tanaka, M.; Hayashi, H.; Eu, S.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Araki, Y.; Imahori, H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 15576.
[31] Hayashi, S.; Matsubara, Y.; Eu, S.; Hayashi, H.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Imahori, H. Chem. Lett. 2008, 37, 846.
[32] Eu, S.; Hayashi, S.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Araki, Y.; Imahori, H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 4396.
[33] Park, J. K.; Chen, J. P.; Lee, H. R.; Park, S. W.; Shinokubo, H.; Osuka, A.; Kim, D. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 21956.
[34] Mozer, A. J.; Griffith, M. J.; Tsekouras, G.; Wagner, P.; Wallace, G. G.; Mori, S.; Sunahara, K.; Miyashita, M.; Earles, J. C.; Gordon, K. C.; Du, L.; Katoh, R.; Furube, A.; Officer, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15621.
[35] (a) Liu, P. P.; Feng, Y. Q.; Gu, C. Z.; Meng, S. X.; Zhang, B. Chin. Chem. Lett. 2012, 23(5), 505. (b) Yan, J. Y.; Feng, Y. Q.; Peng, X.; Li, Y. C.; Zhang, N. N.; Li, X. G.; Zhang, B. Tetrahedron Lett. 2013, 54, 7198. (c) Zhang, N. N.; Feng, Y. Q.; Li, Y. C.; Peng, X.; Gu, C. Z.; Xue, X. D.; Yan, J. Y.; Chen, Q. L.; Li, X. G.; Zhang, B. New J. Chem. 2013, 37, 1134. (d) Xue, X. D.; Zhang, W. H.; Feng, Y. Q.; Zhang, N. N.; Ju, C. G.; Peng, X.; Yang, Y. B.; Zhang, B. RSC Adv. 2014, 4, 8894. (e) Zeng, Z.; Zhang, B.; Li, C. J.; Peng, X.; Liu, X. J.; Meng, S. X.; Feng, Y. Q. Dyes Pigm. 2014, 100, 278,
[36] Liu, X. J.; Li, C. J.; Peng, X.; Zhou, Y. Z.; Zeng, Z.; Li, Y. C.; Zhang, T. Y.; Zhang, B.; Dong, Y.; Sun, D. M.; Cheng, P.; Feng, Y. Q. Dyes Pigm. 2013, 98, 181.
[37] Lee, C. W.; Lu, H. P.; Lan, C. M.; Huag, Y. L.; Liang, Y. R.; Yen, W. N.; Liu, Y. C.; Lin, Y. S.; Diau, E. W. G.; Yeh, C. Y. Chem. Eur. J. 2009, 15, 1403.
[38] Lin, C. Y.; Lo, C. F.; Luo, L. Y.; Lu, H. P.; Hung, C. S.; Diau, E. W. G. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 755.
[39] Lu, H. P.; Mai, C. L.; Tsia, C. Y.; Hsu, S. J.; Hsieh, C. P.; Chiu, C. L.; Yeh, C. Y.; Diau, E. W. G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 10270.
[40] Lin, C. Y.; Wang, Y. C.; Hsu, S. J.; Lo, C. F.; Diau, E. W. G. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 687.
[41] Mai, C. L.; Huang, W. K.; Lu, H. P.; Lee, C. W.; Chiu, C. L.; Liang, Y. R.; Diau, E. W. G.; Yeh, C. Y. Chem. Commun. 2010, 46, 809.
[42] Hsieh, C. P.; Lu, H. P.; Chiu, C. L.; Lee, C. W.; Chung, S. H.; Mai, C. L.; Yen, W. N.; Hsu, S. J.; Diau, E. W. G.; Yeh, C. Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 1127.
[43] Wu, S. L.; Lu, H. P.; Yu, H. T.; Chuang, S. H.; Chiu, C. L.; Lee, C. W.; Diau, E. W. G.; Yeh, C. Y. Energy Environ. Sci., 2010, 3, 949.
[44] Sanchis, T. R.; Guo, B. C.; Wu, H. P.; Pan, T. Y.; Lee, H. W.; Raga, S.; Santiago, F. F.; Bisquert, J.; Yeh, C. Y.; Diau, E. W. G. Chem. Commun. 2012, 48, 4368.
[45] Yella, A.; Lee, H. W.; Tsao, H. N.; Yi, C. Y.; Chandiran, A. K.; Nazeeruddin, M. K.; Diau, E. W. G.; Yeh, C. Y.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. Science 2011, 334, 629.
[46] Luo, J.; Xu, M. F.; Li, R. Z.; Huang, K. W.; Jiang, C. Y.; Qi, Q. B.; Zeng, W. D.; Zhang, J.; Chi, C. Y.; Wang, P.; Wu, J. S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 265.
[47] Wang, C. L.; Hu, J. Y.; Wu, C. H.; Kuo, H. H.; Chang, Y. C.; Lan, Z. J.; Wu, H. P.; Diau E. W. G.; Lin. C. Y. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1392.
[48] Yella, A.; Mai, C. L.; Zakeeruddin, S. M.; Chang, S. N.; Hsieh, C. H.; Yeh, C. Y.; Grätzel, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 2973.
[49] Mathew, S.; Yella, A.; Gao, P.; Humphry-Baker, R.; Curchod, B. F. E.; Ashari-Astani, N.; Tavernelli, I.; Rothlisberger, U.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Nature Chem. 2014, 6, 242.
[50] (a) Liu, B.; Zhu, W. H.; Wang, Y. Q.; Wu, W. J.; Li, X.; Chen, B. Q.; Long, Y. T.; Xie, Y. S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 7434. (b) Chen, B.; Li, X.; Wu, W. J.; Zha, Q. Z.; Xie, Y. S. RSC Adv. 2014, 4, 10439. (c) Wang, Y. Q.; Li, X.; Liu, B.; Wu, W. J.; Zhu, W. H.; Xie, Y. S. RSC Adv. 2013, 3, 14780. (d) Wang, Y. Q.; Xu, L.; Wei, X. D.; Li, X.; Ågren, H.; Wu, W. J.; Xie, Y. S. New J. Chem. 2014, 38, 3227. (e) Wang, Y. Q.; Chen, B.; Wu, W. J.; Li, X.; Zhu, W. H.; Tian, H.; Xie, Y. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 10779. (f) Sun, X.; Wang, Y. Q.; Li, X.; Ågren, H.; Zhu, W. H.; Tian, H.; Xie, Y. S. Chem. Commun. 2014, 50, 15609.
[51] Johansson, V.; Gibbings, L. E.; Clarke, T.; Gorlov, M.; Andersson, G. G.; Kloo, L. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 711.