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TWI469986B - 應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物 - Google Patents

應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物 Download PDF

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TWI469986B
TWI469986B TW102121936A TW102121936A TWI469986B TW I469986 B TWI469986 B TW I469986B TW 102121936 A TW102121936 A TW 102121936A TW 102121936 A TW102121936 A TW 102121936A TW I469986 B TWI469986 B TW I469986B
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TW
Taiwan
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sensitized solar
dye
metal complex
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base metal
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TW102121936A
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TW201500363A (zh
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Yun Chi
Chun Cheng Chou
Fa Chun Hu
sheng wei Wang
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Nat Univ Tsing Hua
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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

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Description

應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕 金屬錯合物
本發明是有關於一種應用在染料敏化太陽能電池中做為染料的釕金屬錯合物,特別是指一種包含8-(2,2’-雙吡啶基)喹啉系三牙配基的新型釕金屬錯合物。
隨著人類對能源的需求越來越多,加上太陽能因具有取之不盡、用之不竭的優勢而逐漸被重視,進而推動太陽能電池的應用發展,其中,又以染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell,簡稱DSSC)為最具有潛力的太陽能電池技術。DSSC是利用染料吸收太陽能中的可見光及近紅外光並用以激發電子,同時使該激發電子有效地注入半導體電極的傳導帶上,進而產生光電流,故染料性質的優劣會直接影響DSSC的光電轉換效率。目前廣泛應用在太陽能電池的染料是以釕錯合物為主要的研究對象。
台灣專利公告號379836揭示一種光敏錯合物,為以式(a)表示之化學式:MXYZ 式(a)
其中,M表示釕;X表示單牙陰離子配位基,單牙陰 離子配位基為鹵素、鹵素離子、鹵素氰離子、硫化氰離子、亞硫酸離子、硫代硫酸根離子或異硫氰酸根(NCS)離子;Y為雜環雙牙配位基,具有以式(b)或式(c)表示的結構:
其中,G1 為以式(d)、式(e)、式(f)或式(g)表示的結構: ;G2 為以式(h)、式(i)或式(j)表示的結構:
Z為三牙配位基,具有以式(k)表示的結構:
其中,Ra 、Rb 、Rc 、Rd 、Re 、Rf 、Rg 、Rh 、Ri 、Rj 為相同或不同的C1 至C8 烷基、C1 至C8 烷氧基、C1 至C8 烷硫基、C1 至C8 胺烷基、C1 至C8 鹵化烷基、苯基或含C1 至C6 烷基或烷氧基的苯衍生物基、三苯胺基或含C1 至C6 烷 基或烷氧基的三苯胺衍生物基、羧酸基或其酸基鹽類、磺酸基或其酸基鹽類、磷酸基或其酸基鹽類、胺基、鹵素或 氫原子;或Rc 及Rd 為以式(m)表示的結構:
於該台灣專利案的說明書第11頁揭示式(n)所示的光敏錯合物為:
其中,Rk 分別為氫、OCH3 、OC8 H17 及異丁基。該式(n)所示的光敏錯合物應用在染料敏化太陽能電池中,可使該染料敏化太陽能電池的開路電壓為668V至720V、短路電流密度為20.3mAcm-2 至21.7mAcm-2 ,且光電轉換效率為9.14%至10.05%。然而,因現今業界對該染料敏化太陽能電池的光電轉換效率要求更高,故上述台灣專利案所揭示的光敏錯合物已無法滿足業界對於光電轉換效率的要求。
有鑑於上述,改良光敏錯合物為染料敏化太陽 能電池提供更高光電轉換效率,是此技術領域相關技術人員可再突破的課題。
因此,本發明之目的,即在提供一種具有較佳光電轉換效率並應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物。
於是本發明應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物,由式(I)所示:RuL1 L2 L3 (I)
於式(I)中,L1 表示單牙配基; L2 表示; L3 表示; R1 、R2 、R3 、R4 、R5 及R6 各自表示氫、異丁基、、-N(Ar)2 或-Ar-N(Ar)2 ,其中,該Y1 、Y2 及Y3 各自表示氫、-N(Ar)2 或-Ar-N(Ar)2 ;Ar表示芳香基;R7 、R8 、R9 、R10 、R11 、R12 及R13 各自表示氫、鹵素 、三氟甲基、C1 至C12 的直鏈烷基、C1 至C12 的支鏈烷基、磷酸基、磷酸鹽、硼酸基、硼酸鹽、磺酸基、磺酸鹽、羧酸鹽或羧酸基,條件是R7 至R13 中至少兩者表示羧酸基或至少兩者表示羧酸鹽;R14 及R27 各自表示氟烷基;R15 、R16 、R17 、R18 、R19 、R20 、R21 、R22 、R23 、R24 、R25 及R26 各自表示氫、異丁基、
本發明之功效在於:透過使用L2 及L3 的搭配,促使該應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物可吸收400至600nm波長的光,且應用在染料敏化太陽能電池中,可提升該染料敏化太陽能電池的短路電流密度,繼而使光電轉換效率提高。
本發明之其他的特徵及功效,將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現,其中:圖1是一曲線圖,說明本發明較佳實施例之新型釕金屬錯合物及比較例1及比較例2的釕金屬錯合物的吸收光譜;及圖2是一曲線圖,說明使用本發明新型釕金屬錯合物及比較例1及比較例2釕金屬錯合物的染料敏化太陽能電池的入射光子-電子轉換效率。
本發明應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物,由式(I)所示:RuL1 L2 L3 (I)
於式(I)中,L1 表示單牙配基; L2 表示; L3 表示; R1 、R2 、R3 、R4 、R5 及R6 各自表示氫、異丁基、、 -N(Ar)2 或-Ar-N(Ar)2 ,其中,該Y1 、Y2 及Y3 各自表示氫、-N(Ar)2 或-Ar-N(Ar)2 ;Ar表示芳香基;R7 、R8 、R9 、R10 、R11 、R12 及R13 各自表示氫、鹵素、三氟甲基、C1 至C12 的直鏈烷基、C1 至C12 的支鏈烷基、磷酸基、磷酸鹽、硼酸基、硼酸鹽、磺酸基、磺酸鹽、羧酸鹽或羧酸基,條件是R7 至R13 中至少兩者表示羧酸基或至少兩者表示羧酸鹽;R14 及R27 各自表示氟烷基;R15 、R16 、R17 、R18 、R19 、R20 、R21 、R22 、R23 、R24 、R25 及R26 各自表示氫、異丁基、
較佳地,該R1 、R2 、R3 、R4 、R5 及R6 不可同時為氫。
較佳地,該氟烷基表示Cn F2n+1 ,且n表示1至7的整數。
較佳地,該單牙配基為-NCS。
較佳地,該R16 、R17 、R18 及R19 中,至少一者 表示
較佳地,該R20 、R21 、R22 、R23 、R24 及R25 中,至少一者表示異丁基。
本發明具體實施例中,該L2
本發明具體實施例中,該L3
本發明應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物可依據各個配基的變化選用適當的反應物及反應條件進行製備,且反應製備方式可依據業界所熟知的技術進行變化。在以下說明書中,該反應物的取代基編號是依據L1 、L2 ,或L3 中之相同界定範圍之取代基編號來表示。
製備該應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物的方法,包含以下步驟:將式(II)所示的三牙化合物與該釕源混合,並加熱進行反應,接著,加入式(III)所示的雙牙化合物或式(IV)所示的雙牙化合物,於觸媒存在下加熱進行反應,之後,加入單牙化合物,以製得本發明應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物;
R1 、R2 、R3 、R4 、R5 及R6 各自表示氫、異丁基、、-N(Ar)2 或-Ar-N(Ar)2 ,其中,該Y1 、Y2 及Y3 各自表示氫、-N(Ar)2 或-Ar-N(Ar)2 ;Ar表示芳香基;R7 、R8 、R9 、R10 、R11 、R12 及R13 各自表示氫、鹵素、三氟甲基、C1 至C12 的直鏈烷基、C1 至C12 的支鏈烷基、磷酸基、磷酸鹽、硼酸基、硼酸鹽、磺酸基、磺酸鹽、羧酸鹽或羧酸基,條件是R7 至R13 中至少兩者表示羧酸基或至少兩者表示羧酸鹽;
X1 及X2 各自表示氫;R14 及R27 各自表示氟烷基;R15 、R16 、R17 、R18 、R19 、R20 、R21 、R22 、R23 、R24 、R25 及 R26 各自表示氫、異丁基、,或
較佳地,該釕源為RuCl3 ˙3H2 O。較佳地,該單牙化合物是擇自於硫氰酸鉀。較佳地,該觸媒是擇自於醋酸鉀(potassium acetate,以下簡稱KOAc)或醋酸鈉。
本發明染料敏化太陽能電池,包含:一電解液組份;一第一電極,設置在該電解液組份中,包括一透明導電基板及一設置於該透明導電基板表面上的多孔性薄膜,該多孔性薄膜吸附上述新型釕金屬錯合物;以及一第二電極,間隔地與該第一電極排列並設置在該電 解液組份中。
該電解液組份例如但不限於將碘與碘離子溶於戊腈及乙腈(v/v=15:85)中的混合液,或一包含0.6M的1,3-二甲基-碘化咪唑鎓(1,3-dimethylimidazolium iodide,簡稱DMII)、0.1M的碘化鋰(lithium iodide,簡稱LiI)、0.05M的碘(I2 )、0.5M的第三丁基吡啶[溶於乙腈(acetonitrile)]的混合液,或一包含0.6M的1,3-二甲基-碘化咪唑鎓、0.1M的碘化鋰、0.1M的碘、0.5M的第三丁基吡啶[溶於乙腈]的混合液。
該透明導電基板的材質是擇自於具有撓曲性的聚合物或剛硬材料,其中,該具有撓曲性的聚合物例如但不限於聚乙烯、聚丙烯、聚醯亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯,或聚對苯二甲酸乙二酯等;該剛硬材料例如但不限於玻璃等。該多孔性薄膜的材質例如但不限於二氧化鈦(以下簡稱TiO2 )、氧化鋅(zinc oxide)或氧化錫(tin oxide)等。
該染料敏化太陽能電池的製作方式為本技術領域者所周知,故不再贅述。
本發明將就以下實施例來作進一步說明,但應瞭解的是,該實施例僅為例示說明之用,而不應被解釋為本發明實施之限制。
<實施例> [實施例1]
將50毫克(0.19 mmol)的RuCl3 ‧3H2 O與95毫克(0.19 mmol)的置入50毫升圓底 瓶內,並加入30毫升的乙醇,接著,加熱至迴流並反應4小時。待反應結束後,將溫度降至室溫,接著進行過濾並收集濾餅,之後,使用乙醇清洗濾餅,並將濾餅乾燥。
將上述濾餅、72毫克(0.19 mmol)的及37毫克(0.38 mmol)的醋酸鉀置於 50毫升圓底瓶內,並加入30毫升的甲苯,接著,加熱至迴流並反應8小時。待反應結束,移除甲苯。之後,加入30毫升的N,N-二甲基甲醯胺及185毫克(1.9 mmol)的硫氰酸鉀,並加熱至110℃攪拌2小時,之後,移除N,N-二甲基甲醯胺,接著,以二氯甲烷:乙酸乙酯=10:1作為沖提液進行管柱層析,可得黑紅色固體。將黑紅色固體、丙酮及1毫升1M氫氧化鈉水溶液混合反應,產生固體,收集固體,再以水及丙酮清洗數次,可得到73毫克的釕金屬錯合物(以下簡稱A-1),產率為40%。
該A-1的光譜分析:1 H NMR(400 MHz,d6 -DMSO,298K),δ (ppm):9.08(s,1H),9.01(d,J HH =6Hz,1H),8.99(s,1H),8.69(s,1H),8.61(s,1H),8.43(d,J HH =8 Hz,1H), 8.27(s,1H),8.26(s,1H),8.15(s,1H),7.94~7.90(m,3H),7.74(d,J HH =6 Hz,1H),7.37~7.34(m,1H),7.04(s,2H),2.88(t,J HH =8 Hz,2H),1.65(m,2H),1.53(s,9H),1.34~1.28(m,6H),0.86(t,J HH =8 Hz,3H)。19 F NMR(376 MHz,d6 -DMSO,298K),δ (ppm):δ-56.01(s,3F)。MS(FAB,10 2Ru):m/z 966(M+1)+ 。化學結構為:
[實施例2]
將50毫克(0.19 mmol)的RuCl3 ‧3H2 O與95毫克(0.19 mmol)的置入50毫升圓底 瓶內,並加入30毫升的乙醇,接著,加熱至迴流並反應4小時。待反應結束後,將溫度降至室溫,接著進行過濾並收集濾餅,之後,使用乙醇清洗濾餅,並將濾餅乾燥。
將上述濾餅、78毫克(0.19 mmol)的及37毫克(0.38 mmol)的醋酸鉀置 於50毫升圓底瓶內,並加入30毫升的甲苯,接著,加熱至迴流並反應8小時。待反應結束,移除甲苯。之後,加入30毫升的N,N-二甲基甲醯胺及185毫克(1.9 mmol)的硫氰酸鉀,並加熱至110℃攪拌2小時,之後,移除N,N-二甲基甲醯胺,接著,以二氯甲烷:乙酸乙酯=10:1作為沖提液進行管柱層析,可得黑紅色固體。將黑紅色固體、丙酮及1毫升1M氫氧化鈉水溶液混合反應,產生固體,收集固體,再以水及丙酮清洗數次,可得到73毫克的釕金屬錯合物(以下簡稱A-2),產率為42%。
該A-2的光譜分析:1 H NMR(400 MHz,d6 -DMSO,298K),δ (ppm):9.12(s,1H),9.06(d,J HH =6 Hz,1H),9.03(s,1H),8.72(s,1H),8.65(s,1H),8.47(d,J HH =8 Hz,1H),8.34(s,1H),8.28(d,J HH =6 Hz,1H),8.18(s,1H),8.04~7.99(m,2H),7.93(d,J HH =6 Hz,1H),7.76(d,J HH =6 Hz,1H),7.40~7.35(m,2H),7.04(s,1H),2.99(t,J HH =8 Hz,2H),1.63(m,2H),1.47(s,9H),1.43~1.25(m,6H),0.87(t,J HH =8 Hz,3H)。19 F NMR(376 MHz,d6 -DMSO,298K),δ(ppm):-58.86(s,3F)。MS(FAB,102 Ru):m/z 996(M+1)+ 。化學結構為:
[實施例3]
將50毫克(0.19 mmol)的RuCl3 ‧3H2 O與95毫克(0.19 mmol)的置入50毫升圓底 瓶內,並加入30毫升的乙醇,接著,加熱至迴流並反應4小時。待反應結束後,將溫度降至室溫,接著進行過濾並收集濾餅,之後,使用乙醇清洗濾餅,並將濾餅乾燥。
將上述濾餅、71毫克(0.19 mmol)的及37毫克(0.38 mmol)的醋酸鉀置 於50毫升圓底瓶內,並加入30毫升的甲苯,接著,加熱至迴流並反應8小時。待反應結束,移除甲苯。之後,加入30毫升的N,N-二甲基甲醯胺及185毫克(1.9 mmol)的硫氰酸鉀,並加熱至110℃攪拌2小時,之後,移除N,N-二 甲基甲醯胺,接著,以二氯甲烷:乙酸乙酯=10:1作為沖提液進行管柱層析,可得黑紅色固體。將黑紅色固體、丙酮及1毫升1M氫氧化鈉水溶液混合反應,產生固體,收集固體,再以水及丙酮清洗數次,可得到65毫克的釕金屬錯合物(以下簡稱A-3),產率為36%。
該A-3的光譜分析:1 H NMR(400 MHz,d6 -DMSO,298K),δ(ppm):9.17(d,J HH =6 Hz,1H),9.16(s,1H),9.05(s,1H),8.74(s,1H),8.67(s,1H),8.65(d,J HH =8 Hz,1H),8.43(d,J HH =6 Hz,1H),8.41(s,1H),8.20(d,J HH =6 Hz,1H),8.17(s,1H),7.95(s,1H),7.76(d,J HH =6 Hz,1H),7.72(d,J HH =6 Hz,1H),7.29~7.26(m,1H),6.99(s,1H),1.73(s,9H),1.51(s,9H),1.42(s,9H)。19 F NMR(376 MHz,d6 -DMSO,298K),δ(ppm):-59.02(s,3F)。MS(FAB,102 Ru):m/z 992(M+1)+ 。化學結構為:
[比較例1]
台灣專利公告號379836揭示的光敏錯合物PRT4。
[比較例2]
台灣專利公開號201240988揭示的實施例3的釕金屬錯合物。
<檢測項目>
莫耳消光係數(molar extinction coefficient,以下簡稱ε)量測:將實施例1至3的釕金屬錯合物、比較例1及比較例2的釕金屬錯合物以N,N-二甲基甲醯胺進行溶解,形成5個濃度為1×10-5 M的待測液,並以紫外光/可見光光譜儀(廠商:Hitachi Spectrophotometer,型號:U-3900)測量莫耳消光係數值,並將其量測數據呈列於表1、表2及圖1。
光電轉換效率量測:該染料敏化太陽能電池的製作方式為本技術領域者所周知,該實施例僅為例示說明之用,而不應被解釋為本發明實施之限制。
第一電極:首先以清潔劑、水、丙酮和乙醇清洗摻雜氟元素的氧化錫導電玻璃(15×15 mm2 ,厚度為3.2mm,片電阻值為9 Ω/cm2 ),再放入紫外線臭氧裝置內15分鐘。接著,利用網印方式,將20nm的二氧化鈦奈米顆粒塗佈於摻雜氟元素的氧化錫導電玻璃上做為染料吸附層,且塗佈面積為0.25平方公分;同樣利用網印方式,將400nm的二氧化鈦奈米顆粒塗佈於吸附層上,且塗佈面積同為0.25平方公分。然後,於325℃下熱裂解30分鐘,接著於375℃下熱裂解5分鐘,再於450℃下熱裂解15分鐘,最後,於500℃下熱裂解3分鐘,最後形成一厚度為15μm的吸附層與 7μm的散射層。接著,浸泡於70℃的40 mM的四氯化鈦水溶液中30分鐘,再以水和乙醇潤洗,之後,於500℃下熱裂解30分鐘。待冷卻至80℃後,浸泡於10毫升的混合液中18小時,其中,該混合液包含本發明釕金屬錯合物或比較例1的釕金屬錯合物或比較例2的釕金屬錯合物、去氧膽酸四正丁基銨鹽(tetra-n-butylammonium deoxycholate)、脫氧膽酸(deoxycholic acid)、正丁醇及乙醇。在該混合液中,該等釕金屬錯合物的濃度分別為3×10-4 M、該去氧膽酸四正丁基銨鹽的濃度為6×10-4 M,且該脫氧膽酸的濃度為10×10-4 M。
第二電極:取5個摻雜氟元素的氧化錫導電玻璃(15×15 mm2 ),分別滴上10μ L的5mM的六氯鉑酸(H2 PtCl6 )溶液(溶劑為異丙醇),並在400℃下進行熱裂解反應15分鐘。
電解液組份:0.6M的1,3-二甲基-碘化咪唑鎓、0.1M的碘化鋰、0.05M的碘、0.5M的第三丁基吡啶[溶於乙腈]的混合液。
將第一電極分別與第二電極成對地以熱融高分子薄膜封裝,並將10μ L的電解液組份從第二電極上預先鑽好的小孔洞注入,之後,再以熱融高分子薄膜與小片玻璃封住小孔洞,便完成染料敏化太陽能電池。
方法一:將上述染料敏化太陽能電池分別覆蓋不鏽鋼材質遮光板,並使該等染料敏化太陽能電池分別裸露出面積為4×4mm2 的照光區,接著分別以太陽光模擬器(150W氙氣 燈,廠牌:Class A,Newport Oriel;型號:91159)照射該照光區,提供一符合air mass(AM)1.5Global光譜且強度為100mW/cm2 的模擬光(該模擬光是以KG-5濾片標定標準太陽能電池而定義出)。使用外接的數位電表(廠牌:Keithley;型號:2400)分別對該等染料敏化太陽能電池施一外加電壓,並同時記錄其短路電流密度,收集該等數據,即可繪製電壓與短路電流密度曲線圖。由此電壓電流曲線圖中,與橫軸交點為開路電壓,且與縱軸交點為短路電流密度,以及開路電壓與短路電流密度乘積的最大值除以入射光強度,即可得到光電轉換效率。將其量測數據呈列於表1及表2中。
方法二:方法二與方法一不同在於(1)不覆蓋不鏽鋼材質遮光板,以太陽光模擬器直接照射在該等染料敏化太陽能電池上,且照射區域大小為4×4mm2 ;(2)二氧化鈦多孔性薄膜包括一吸附層及一散射層,其中,該吸附層的厚度為18μm且由20nm二氧化鈦顆粒所形成,及該散射層的厚度為4μm且由400nm二氧化鈦顆粒所形成;(3)電解液組份:0.6M的1,3-二甲基-碘化咪唑鎓、0.1M的碘化鋰、0.1M的碘、0.5M的第三丁基吡啶[溶於乙腈]的混合液。將其量測數據呈列於表1及表2中。其中,使用方法二量測比較例1除上述與方法一不同處外,所使用的混合液包含比較例1的釕金屬錯合物、脫氧膽酸、正丁醇及二甲基甲醯胺。在該混合液中,該釕金屬錯合物的濃度為3×10-4 M。
入射光子-電子轉換效率(incident photon-to-electron ponversion efficiency,簡稱IPCE)量測:利用300瓦的氙燈光源(廠牌:Newport Oriel;型號:6258)並搭配單色光器(廠牌:Oriel cornerstone;型號:Oriel cornerstone 260 1/4 m monochromator 74100),以提供連續單色光束(unchopped monochromatic beam)照射上述的該等染料敏化太陽能電池。
LHE(λ)(light harvesting efficiency):特定波長的光吸收率;φinj :注入電子的量子產率;ηc :電荷分離率;J sc (λ):照射特定波長時產生的光電流密度;λ:入射波長;P in (λ):入射光強度。
表1中光電轉換效率量測方法二是過去以往的量測方式,將本發明實施例1至3的釕金屬錯合物的染料敏化太陽能電池使用方法二的條件進行量測,其短路電流密度為21.52至22.68 mAcm-2 ,且光電轉換效率為11.10%至11.81%,而參閱比較例1的染料敏化太陽能電池,是使用台灣專利公告號379836揭示的式(n)所示的光敏錯合物並以方法二進行量測,其短路電流密度為21.6mAcm-2 ,且光電轉換效率為10.05%,本發明顯著的提升短路電流密度及光電轉換效率。
表1中光電轉換效率量測方法一為目前公認較為正確的量測方式,其量測出來的短路電流密度也與理論短路電流密度較為相近。將本發明實施例1至3的釕金屬錯合物的染料敏化太陽能電池使用方法一的條件進行量測,其短路電流密度為19.51至21.57 mAcm-2 ,且光電轉換效率為10.48%至11.19%。而參閱比較例2的染料敏化太陽能電池,是使用台灣專利公開號201240988揭示的實施例3的金屬錯合物並以方法一進行量測,其短路電流密度為19.3mAcm-2 ,且光電轉換效率為8.76%,本發明顯著的提升光電轉換效率。
本案申請人要說明的是自從Michael Grätzel教授提出N719與N749至今,已經過十幾年的時間,但類似N719與N749的釕錯合物應用至染料敏化太陽能電池中,其光電轉換效率仍然停留在11%(採本案所述的方法二量測)左右,因此,在此研究領域,要將光電轉換效率顯著提 升極其困難。而使用本案釕金屬錯合物所製得的染料敏化太陽能電池的光電轉換效率為(11.10%至11.81%),相較於比較例1所製得的染料敏化太陽能電池的光電轉換效率為10.05%,已是極佳的改善並提升至少9.4%以上。
綜上所述,透過使用L2 及L3 的搭配,促使該釕金屬錯合物可吸收400至600nm波長的光,應用在染料敏化太陽能電池中,可提升該染料敏化太陽能電池的短路電流密度,繼而使光電轉換效率提高,故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (6)

  1. 一種應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物,由式(I)所示:RuL1 L2 L3 式(I)L1 表示單牙配基;L2 表示;L3 表示; R1 、R2 、R3 、R4 、R5 及R6 各自表示氫、異丁基、、-N(Ar)2 或-Ar-N(Ar)2 ,其中,該Y1 、Y2 及Y3 各自表示氫、-N(Ar)2 或-Ar-N(Ar)2 ;Ar表示芳香基;R7 、R8 、R9 、R10 、R11 、R12 及R13 各自表示氫、鹵素、三氟甲基、磷酸基、磷酸鹽、硼酸基、硼酸鹽、磺酸基、磺酸鹽、羧酸鹽或羧酸基,條件是R7 至R13 中至少兩者表示羧酸基或至少兩者表示羧酸鹽;R14 及R27 各自表示氟烷基;R15 、R16 、R17 、R18 、R19 、R20 、R21 、R22 、R23 、 R24 、R25 及R26 各自表示氫、異丁基、
  2. 如請求項1所述的應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物,其中,該氟烷基表示Cn F2n+1 ,且n表示1至7的整數。
  3. 如請求項1所述的應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物,其中,該單牙配基為-NCS。
  4. 如請求項1所述的應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物,其中,該R1 、R2 、R3 、R4 、R5 及R6 不可同時為氫。
  5. 如請求項1所述的應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物,其中,該R16 、R17 、R18 及R19 中,至少一者表示
  6. 如請求項1所述的應用於高效率染料敏化太陽能電池的新型釕金屬錯合物,其中,該R20 、R21 、R22 、R23 、R24 及R25 中,至少一者表示異丁基。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100033083A1 (en) * 2008-06-24 2010-02-11 Gracel Display Inc. Novel organic electroluminescent compounds and organic electroluminescent device using the same
US20110006291A1 (en) * 2008-01-31 2011-01-13 Hodogaya Chemical Co. Ltd. Compound having substituted pyridyl group and pyridoindole ring structure linked through phenylene group, and organic electroluminescent device
US20120247561A1 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 Yun Chi 4,4'-dicarboxy-2,2'-bipyridine derived tridentate ligand, metal complex containing the same, and application thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110006291A1 (en) * 2008-01-31 2011-01-13 Hodogaya Chemical Co. Ltd. Compound having substituted pyridyl group and pyridoindole ring structure linked through phenylene group, and organic electroluminescent device
US20100033083A1 (en) * 2008-06-24 2010-02-11 Gracel Display Inc. Novel organic electroluminescent compounds and organic electroluminescent device using the same
US20120247561A1 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 Yun Chi 4,4'-dicarboxy-2,2'-bipyridine derived tridentate ligand, metal complex containing the same, and application thereof

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