8-羥基喹啉衍生物作為染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極修飾劑

染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極多以TiO₂等半導(dǎo)體材料為主，8-羥基喹啉衍生物常通過(guò)與金屬配位形成配合物來(lái)修飾光陽(yáng)極，憑借其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)與配位特性，實(shí)現(xiàn)延緩電荷復(fù)合、拓寬光吸收范圍等效果，顯著優(yōu)化電池光電轉(zhuǎn)換效率與穩(wěn)定性，以下是具體的修飾作用及相關(guān)應(yīng)用實(shí)例：

抑制電荷復(fù)合，提升電子傳輸效率

電荷復(fù)合是導(dǎo)致染料敏化太陽(yáng)能電池光電效率下降的關(guān)鍵問(wèn)題，8-羥基喹啉衍生物的金屬配合物可通過(guò)界面修飾阻擋電子反向遷移，減少?gòu)?fù)合損耗，例如8-羥基喹啉鋁（Alq₃）用于光陽(yáng)極界面修飾時(shí)，暗電流曲線和交流阻抗測(cè)試證明其能有效延緩電池中的電荷復(fù)合。同時(shí)，這類衍生物與光陽(yáng)極材料間可形成穩(wěn)定的配位作用，規(guī)整界面電子傳輸通道，讓激發(fā)態(tài)電子更順暢地從染料注入TiO₂導(dǎo)帶。像三（8-羥基喹啉-5-羧酸）鐵復(fù)合到銳鈦礦型TiO₂（101）表面后，還能使TiO₂的HOMO、LUMO和費(fèi)米能級(jí)整體升高，為電子傳輸構(gòu)建更優(yōu)的能級(jí)梯度，間接減少電荷復(fù)合概率。

拓寬光吸收范圍，增強(qiáng)光響應(yīng)能力

純TiO₂光陽(yáng)極僅對(duì)紫外光有響應(yīng)，而8-羥基喹啉衍生物的金屬配合物自身在可見(jiàn)光區(qū)域有較強(qiáng)吸光能力，修飾后可彌補(bǔ)光陽(yáng)極的吸光短板。一方面部分配合物能作為能量中繼染料，通過(guò)福斯特共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）效應(yīng)傳遞能量，如Alq₃與N3染料配合使用時(shí)，可將自身吸收的光能傳遞給N3染料，提升整體光響應(yīng)并促進(jìn)電子注入。另一方面，不同金屬配位的衍生物可調(diào)控吸光區(qū)間，如8-羥基喹啉-5-磺酸鐵（III）絡(luò)合物本身在可見(jiàn)光區(qū)有吸收特性，將其與TiO₂復(fù)合后，復(fù)合光陽(yáng)極對(duì)可見(jiàn)光的利用率顯著提高，該特性也能助力適配的染料更好地吸收光能激發(fā)電子，還有D (-A-π-A)₂結(jié)構(gòu)的8-羥基喹啉衍生物合鎘配合物（BDTT-VCd），其特殊結(jié)構(gòu)可降低染料能隙，進(jìn)一步拓寬光譜吸收范圍，強(qiáng)化光陽(yáng)極的光捕獲能力。

提升電池穩(wěn)定性，降低制備成本

8-羥基喹啉含N、O強(qiáng)配位原子，能與Cu、Zn、Cd等多種過(guò)渡金屬形成穩(wěn)定配位鍵，這類穩(wěn)定的配合物修飾光陽(yáng)極后，可增強(qiáng)光陽(yáng)極與染料間的結(jié)合牢度，減少光照、溫度變化等環(huán)境因素對(duì)光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的破壞，例如BDTT-VCd的熱分解溫度超280℃，用其修飾的光陽(yáng)極能讓電池在復(fù)雜工況下保持穩(wěn)定性能，解決純有機(jī)染料修飾穩(wěn)定性差的問(wèn)題。同時(shí)，這類衍生物可搭配銅、鎘等普通過(guò)渡金屬，替代成本高昂的釕類貴金屬配合物。如以8-羥基喹啉衍生物合Cu（II）配合物為輔助電子受體的聚合金屬配合物PIDT-QCu，以及系列D-π-A型8-羥基喹啉類鋅（II）或銅（II）配合物（Q1-Q10），不僅光電性能良好，還大幅降低了光陽(yáng)極修飾相關(guān)的材料成本，其中Q10型號(hào)聚合銅（II）配合物修飾后，電池光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)3.78%。

優(yōu)化光陽(yáng)極表面結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化界面結(jié)合

8-羥基喹啉衍生物可通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與光陽(yáng)極形成緊密作用，改善表面微觀狀態(tài)。比如部分衍生物通過(guò)羧基等錨定基團(tuán)與 TiO₂（101）表面牢固結(jié)合，避免修飾層脫落，保障長(zhǎng)期使用效果。此外，在聚合反應(yīng)中，8-羥基喹啉衍生物可與咔唑、苯并二噻吩聯(lián)二噻吩等給體材料形成大共軛π結(jié)構(gòu)的聚合金屬配合物，這類配合物修飾光陽(yáng)極時(shí)，能通過(guò)共軛體系強(qiáng)化與染料分子的相互作用，讓電子在界面間的傳輸阻力進(jìn)一步降低，間接提升電池整體光伏性能。

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