Создание фотоэлектрохимических преобразователей солнечной энергии на основе нанокристаллического оксида титана и металлокомплексных медиаторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

^*Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

^**Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

^***Межведомственный научный совет по комплексным проблемам физики, химии и биологии при Президиуме РАН

Создание фотоэлектрохимических преобразователей солнечной энергии на основе нанокристаллического оксида титана и металлокомплексных медиаторов

В.А. Гринберг^*, д.х.н., Е.А.Нижниковский^***,

д.т.н., В.Н.Андреев^*, д.х.н.,

С.А. Козюхин^**, д.х.н., В.В. Емец^*, д.х.н.

К началу XXI века мировая цивилизация столкнулось с необходимостью существенного изменения структуры источников энергии, что обусловлено истощением источников нефти и газа, экологическими проблемами, изменением климата, необходимостью решения проблем безопасности в вопросах снабжения энергией, отсутствием доступа к источникам энергии для трети населения планеты и ожидаемым ростом их стоимости. Все это привело к тому, что в последнее время все больше внимания уделяется развитию возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, биомассы, геотермальной, приливов и др.), широкое использование которых не приведет к нарушению экологического баланса Земли.

Энергия Солнца представляется наиболее привлекательной из всех возобновляемых видов энергии, особенно в плане ее непосредственного преобразования в электрическую энергию. Согласно прогнозам, в XXI в. темпы развития солнечной энергетики будут наибольшими среди всех альтернативных источников энергии, о чем говорят и статистические данные. За последние 2 - 3 десятилетия прирост производства солнечных элементов (СЭ) в мире составил в среднем примерно 25 % в год, при этом стоимость фотоэлектричества в период с 1990 по 2002 гг. снизилась в 15 раз, а объем реализации увеличился более чем в 10 раз с 48 МВт/год до 540 МВт/год [1]. По прогнозу Мирового энергетического агентства (IEA), в 2004 - 2030 гг. производство электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии (ВИЭ) возрастет втрое, в том числе за счет солнечной энергетики - в 60 раз, при этом годовой объем рынка фотовольтаических устройств в 2013 году может достичь € 500 млрд.

Промышленно развитые страны, в первую очередь США, страны ЕС и Юго-Восточной Азии, инвестируют значительные средства в развитие имеющихся и создание новых фотоэлектрических устройств, в среднем, государственные инвестиции составляют 0,5 млрд. €/год, а инвестиции крупнейших компаний 3,1 - 5,3 млрд. €/год (? 5 % от прибыли). В отрасли работают около 70 тыс. исследователей.

Несмотря на значительные темпы роста солнечной энергетики, объем вырабатываемой в настоящее время солнечными элементами (СЭ) электроэнергии мал даже по сравнению с другими источниками возобновляемой энергии. Основным барьером, препятствующим широкому внедрению СЭ, является высокая стоимость генерируемой ими энергии. Чтобы отрасль могла конкурировать с ископаемыми источниками энергии, цена на электроэнергию, производимую фотоэлектрическими системами, должна быть снижена примерно в 5 раз [2].

Стоимость солнечной электроэнергии определяется, прежде всего, стоимостью материала, из которого изготовлен СЭ, и стоимостью технологического процесса его производства. Основным материалом для изготовления солнечных элементов в настоящее время является кристаллический кремний, который достаточно дорог. Для удешевления СЭ их зачастую изготавливают из отходов микроэлектронного производства. Однако масштабы необходимого исходного материала для микроэлектроники и солнечной энергетики совершенно несопоставимы. В связи с бурным развитием солнечной энергетики в последние несколько лет микроэлектроника уже не справляется в полной мере с обеспечением возрастающих потребностей в кристаллическом кремнии. Таким образом, актуальным в настоящее время является разработка новых технологий, которые либо уменьшают количество требуемого для изготовления СЭ кристаллического кремния, либо используют другие полупроводниковые материалы, обеспечивая создание дешевых СЭ, обладающих высокой эффективностью преобразования и обеспечивающих низкую стоимость вырабатываемой электроэнергии.

Решение проблемы понижения стоимости вырабатываемой ФЭС электроэнергии возможно как за счет повышения эффективности фотопреобразования, так и понижения стоимости производства СЭ. В связи с этим повышенный интерес вызывают СЭ, сенсибилизированные красителем или фотоэлектрохимические преобразователи (ФЭХП).

Впервые подобные устройства, использующие сенсибилизаторы на основе координационных соединений рутения, появились в конце прошлого века. Одним из первооткрывателей таких СЭ принято считать М. Гретцеля [3], в связи с чем эти устройства часто называют «ячейками Гретцеля». Их преимущества связаны, прежде всего, с использованием относительно простых и недорогих технологий, оборудования и материалов, отсутствием кремния в конструкции. Важно, что в таких СЭ процессы генерации фотоносителей и их разделение физически разделены и происходят в разных материалах.

Максимальная величина КПД для подобных СЭ составляет 11,0 ± 0,3 % и получе-на на ячейке площадью 1 см². Для модульных СЭ площадью 26,48 см² КПД = 9,9 ± 0,4 % [4]. При этом стоимость подобных СЭ примерно на 60 % меньше стоимости элементов на базе других материалов, в частности кремния. Уже достигнутая на сегодняшний день высокая эффективность преобразования и низкая стоимость вызывают пристальный интерес к таким CЭ со стороны потребителей. Несомненным достоинством ФЭХП является малый срок окупаемости - от 1 до 2 лет, и малые ежегодные расходы на поддержание работоспособности, составляющие не более 1 % от суммы инвестиций.

Принцип действия ФЭХП

Сенсибилизированный красителем СЭ может быть представлен в виде многослойной сэндвич-структуры, в которой полупроводниковый электрод из TiO₂, покрытый сенсибилизатором на основе комплексного соединения (КС), сформирован на стеклянной подложке с нанесенными на нее слоем прозрачного проводящего оксида. Противоэлектродом является проводящий слой на другой стеклянной подложке, на который, как правило, осаждается тонкая пленка платины. Пространство между двумя электродами заполнено электролитом, чаще всего жидким, с медиатором, например, на основе системы I₃^-/I^-. На рис.1 представлена конструкция СЭ [12].

фотоэлектрохимический преобразователь регенерация сенсибилизатор

Рис. 1. Конструкция и принцип действия СЭ, сенсибилизированного кремнием (а) и каталитический цикл молекулы сенсибилизатора при освещении (б) по [3].

Принцип действия состоит в том, что в результате оптического поглощения сенсибилизатор переходит в возбужденное электронное состояние, в котором он может инжектировать электрон в зону проводимости полупроводника. После передачи электрона полупроводнику сенсибилизатор переходит в окисленное состояние и может быть восстановлен в результате захвата электрона от донора электронов, в качестве которого выступает редокс-пара I^-/I^-₃. Электроны из зоны проводимости полупроводника собираются на электроде, далее проходят через внешнюю цепь и поступают на противоположный электрод, где принимают участие в обратной реакции восстановления окислительно-восстановительного компонента. Максимальное достигаемое напряжение определяется разницей между положением уровня Ферми полупроводника при освещении и окислительно-восстановительным потенциалом редокс-пары. Величина фототока зависит от спектральных, окислительно-восстановительных свойств сенсибилизатора, эффективности инжекции заряда и структурных свойств полупроводникового электрода, определяющих эффективность собирания электронов и их перевода во внешнюю цепь, а также эффективности катодного электрокатализатора.

Все основные характеристики СЭ такой конструкции, включая эффективность преобразования, стоимость конструкции и вырабатываемой энергии, стабильность параметров, определяются технологией получения и свойствами целого ряда функциональных материалов, а именно, полупроводникового электрода, сенсибилиза-тора на основе КС, окислительно-восстановительного компонента (медиатора) и катода - электрокатализатора. Ранее нами было показано, что используя сенсибилизаторы на основе КС рутения и нанокристаллический TiO₂, приготовленный по технологии высокотемпературного гидролиза дигидроксодилактатотитаната (IV) аммония, можно улучшить характеристики СЭ [5]. Поскольку важным звеном также является медиаторная система, то ниже обозначены подходы к решению проблемы медиатора при работе ФЭХП.

Медиаторные системы

Несмотря на ряд преимуществ ФЭХП с медиатором на основе системы I^-/I^-₃, обеспечивающих быструю регенерацию сенсибилизатора (в течение наносекунд), эта система не идеальна по ряду причин. Первой причиной является ее высокая коррозионная активность, приводящая к разрушению элементов солнечных модулей (особенно серебряных сеток на поверхности проводящего композита, снижающих омические потери за счет снижения сопротивления проводящего композита), а также сильная абсорбция видимого света, что снижает эффективность ФЭХП. Кроме того, для обеспечения редокс обратимости необходимо применение дорогостоящих платиновых катодов - катализаторов. Наконец, низкий редокс потенциал системы I^-/I^-₃ не позволяет повысить напряжение на ФЭХП. Все эти причины заставляют искать другие редокс системы, не уступающие по характеристикам системе на основе йодид/трийодид, но лишенные указанных недостатков.

Одной из первых публикаций, посвященных альтернативе обычно используемой в ФЭХП редокс системе I^-/I^-_3, по-видимому, является работа [6], где в качестве редокс медиаторов предложены металлоорганические комплексы, в частности полипиридиновые комплексы кобальта, которые достаточно эффективны в качестве переносчиков электронов на сенсибилизатор. Вслед за этой работой опубликован патент [7], где более подробно описаны характеристики Co(II) комплексов.

Все представленные комплексы имеют подобные УФ - спектры. Каждый из них имеет слабую адсорбционную полосу с центром при 440 - 450 нм. Лигандная -* область для всех лигандов находится в интервале 350 - 380 нм. Наиболее интенсивное поглощение для кобальт трис-третбутил-терпиридин катиона Co(tTbterpy)₃²⁺ (коэффи-циент экстинции ₄₅₀) составляет 1.410³ моль^-1cм^-1. Для всех других комплексов значения коэффициентов _440-450 приблизительно на порядок меньше. Для сравнения иодная система I^-/I^-₃ имеет _440-450 = 2 10³ моль^-1cм^-1. Поэтому, исключая комплекс Co(tTbterpy)₃²⁺, который имеет близкое значение величины поглощения к иоду, остальные комплексы при сходных концентрациях поглощают видимый свет в значительно меньшей степени. Структуры полипиридильных комплексов Co(II) и соответствующие обозначения лигандов приведены на схеме.

Оказалось, что электрохимические характеристики этих комплексов зависят от природы материала электрода. На золотом электроде 4-4' замещенные полипиридиновые Co(II) комплексы ведут себя вполне обратимо, что подтверждается формой циклической вольтамперметрии (ЦВА) (рис. 2). На стеклоуглероде и платине эти комплексы ведут себя квазиобратимо, что указывает на то, что перенос электрона происходит с конечной скоростью и коэффициент переноса б значительно превышает 0.5. Другими словами электровосстановление комплекса Co(II) происходит значительно быстрее, чем соответствующее окисление Co(II) частиц.

Схема. Структуры полипиридильных комплексов Co(II): (a) X = Трет-бутил и Ди-трет-бутил(DTB), Метил и Ди-метилбутил (DMB), H и бипиридин (bpy). (b) X = H и фенантролин (phen). (c) X = Трет-бутил и трис-третбутил-терпиридин (tTbterpy), Этил и трис-этил-терпиридин(tEterpy) [12].

Рис. 2. ЦВА комплексов Со(II) на различных электродах-катализаторах [7].

Рис. 3. ЦВА 10^-3 М комплекса Co(DTB)₃²⁺ в AN на фоне 0.1 М Bu₄NPF₆ записанные стеклоуглероде (сплошная линия) и на ITO (пунктирная линия) [6].

Таким образом, как видно из рис. 2, большую роль в выборе катода играют его электрокаталитические свойства. Вольтамперометрические измерения показывают, что выбор платинового электрода для медиаторной системы I^-/I^-₃ вполне оптимален, в то время как для комплексов кобальта платина не применима, так как редокс поведение последних на платине необратимо. Наоборот, в то время как углеродный электрод является плохим катализатором для электрохимических трансформаций редокс пары I₃^-/3I^-, то такой материал фотокатода вполне приемлем для кобальтовой системы.

Как видно из рис. 3, комплекс Co(DTB)₃²⁺ абсолютно электрохимически инертен на проводящей подложке фотоанода из стекла на базе оксида олова, легированного индием, (ITO), что подтверждает важную роль материала электрода, на которой происходит специфическое взаимодействие между электрокатализатором и электроактивными частицами и изменяет активационный барьер для осуществления гетерогенного электронного переноса. Следует отметить, что проводящее стекло и в случае редокс системы I^-/I^-₃ также не электроактивно [8]. Характеристики ФЭХП сильно зависят от состава электролита и области поглощения света соответствующим сенсибилизатором и характеризуется так называемым показателем эффективности превращения энергии света в фототок (IPCE [%]). Для IPCE получено следующее уравнение [9]:

IPCE [%] = 1240[эВ·нм] х J_кз[мкАсм^-2] / [нм] х Ф[мВтсм^-2] х 100,

где J_кз - плотность тока короткого замыкания для монохроматического освещения, - длина волны и Ф - мощность монохроматического освещения. Таким образом, IPCE характеризует отношение мощности генерируемой электрической энергии к мощности падающего света при фиксированной длине волны.

Как видно из рис. 4, наибольшая эффективность наблюдается для медиаторной системы I^-/I^-₃ и составляет 80 %, в то время как при использовании комплексов кобальта наибольшая фотоактивность ~ 50 - 55 % наблюдается для комплексов Co(tTbterpy)₃²⁺ и Co(DTB)₃²⁺. Таким образом, как видно из рис. 4, фотоэффективность комплексов в сильной степени зависит от положения и природы лигандов в составе комплексов кобальта.

Рис. 4. Фотоактивность N3 адсорбированного на нанокристаллическом TiO₂ для различных медиаторных систем [12].

Рис. 5. Структура рутениевого сенсибилизатора N 3.

Следовательно, наблюдается четкая корреляция между редокс поведением и природой, а также положением лигандного окружения центрального атома. Установлено, что время регенерации окисленного сенсибилизатора N 3 (рис. 5) (катион N3 наблюдается при 480 нм) как в присутствии Co(DTB)₃²⁺, так и при регенерации иодид ионом составляет _2/3 = 0.35 мкс, что свидетельствует об одинаковой скорости регенерации [10]. Установлено, что скорость регенерации сенсибилизатора иодид ионом зависит от природы противоиона при иодид ионе. Добавление иона Li⁺ в раствор приводит к увеличению скорости регенерации, т.е., уменьшению времени регенерации (_2/3 = 0.12 мкс.), в то время как уменьшения времени регенерации N3 ионом Co(DTB)₃²⁺ при добавлении иона Li⁺ не наблюдается. Авторы [10] связывают увеличение скорости регенерации N3 с увеличением концентрации иодид иона на поверхности фотоанода вследствие увеличения положительного заряда за счет адсорбции/интерколяции Li⁺ на поверхности фотоанода. В тоже время, поскольку ионы лития непосредственно не участвуют в ускорении регенерации сенсибилизатора, то улучшение характеристик ФЭХП (J_кз и напряжения разомкнутой цепи U_рц) следует искать в контролировании паразитных процессов рекомбинации генерируемых светом электронов с окисленным сенсибилизатором и медиатором.

Таким образом, представленные данные указывают на то, что хотя редокс медиаторы на основе комплексов кобальта менее эффективны, чем редокс система на основе I^-/I^-₃, но их простота и коммерческая доступность делают их перспективными для использования в ФЭХП. Несмотря на более медленную регенерацию сенсибилизатора и быструю рекомбинацию с фотоинжектированными электронами, эти паразитные процессы могут быть подавлены соответствующим подбором состава электролита (введением в него катионов Li⁺, Mg⁺, третбутил-пиридина, а также введением объемных заместителей в координационную сферу или сенсибилизатора или медиатора). Медленный электронный перенос является внутренней характеристикой полипиридиновых кобальтовых комплексов [11]. С целью увеличения скорости электронного переноса на сенсибилизатор авторы [12, 13] предложили ввести в систему содержащий кобальтовый редокс медиатор (ко-медиатор) в виде системы Fe(II) и Fe(III) диметил-бипиридин Fe(dmb)²⁺/Fe(dmb)³⁺ или Fe(II) и Fe(III) диметил-оксибипиридин Fe(dmob)²⁺/Fe(dmob)³⁺ (рис. 6). Содержащий железо ко-медиатор дает возможность ускорить перенос электрона и, таким образом, кинетику регенерации сенсибилизатора, благодаря небольшой внутрисферной реорганизации энергии. Редокс потенциал (Е_1/2^3+/2+) FeDMB и FeDMOB составляет, соответственно, 0.85 и 0.75 В относительно ненасыщенного каломельного электрода (н.к.э.). Потенциал полуволны для CoDTB равен 0.22 В, при этом редокс потенциал Ru²⁺ комплекса равен 1.2 В отн. н.к.э.

Рис. 6. Структуры медиатора и ко-медиатора [12].

Рис. 7. Роль ко-медиатора на основе железа в ускорении регене-рации фотоокисленного сенсиби-лизатора [12].

Редокс потенциалы железных комплексов являются оптимальными для регенерации фотоокисленного сенсибилизатора. Окисленный ко-медиатор Fe(dmb)³⁺ или Fe(dmob)³⁺ может быстро перехвачен CoDTB²⁺, предотвращая прямую рекомби-нацию заряда на поверхности диоксида титана [12]. Соответствующая схема процесса с участием ко-медиатора на основе железа приведена на рис. 7.

Было показано, что время регенерации сенсибилизатора _2/3 системой иод-иодид и в смеси FeDMB/ CoDTB равно, соответственно, 7 и 9 нс. В работе [14] было показано, что в отсутствии восстановленных форм медиатора существует только один путь рекомбинации окисленного сенсибилизатора с фотоинжектированными электронами. В присутствии восстановленных форм медиатора время жизни окисленного сенсибилизатора увеличивается, поскольку часть электронов становится недоступной для прямой рекомбинации. Таким образом, с помощью соответствующей структуры ФЭХП можно значительно улучшить его характеристики и при этом использовать не коррозионно активный медиатор. Одновременно можно преодолеть диффузионные ограничения Со (II) электролитов, изменяя химическую природу медиатора, или толщину электролита и модифицируя подложку из диоксида титана. Существенные улучшения характеристик ФЭХП были достигнуты в [10] (IPCE (%) = 70, = 540 нм) при использовании серии одноэлектронных внешнесферных кобальт бипиридильных редокс пар при нанесении ультратонких слоев алюминия на наночастицы TiO₂. Время жизни электронов (_n) и их транзитное время (_d) для ФЭХП на основе Co[(Me₂bpy)₃]^3+/2+ и Co[tBu₂bpy)₃]^3+/2+ редокс медиаторов определено в [15], при этом показано, что _n немного выше, чем _d для Co[(Me₂bpy)₃]^3+/2+, но несколько меньше, чем _d для Co[tBu₂bpy)₃]^3+/2+. В работе [16] в качестве медиаторных систем были исследо-ваны различные комплексы Со и установлено, что среди исследованных соединений наиболее эффективным является одноэлектронный редокс медиатор на основе комп-лекса [Co(dbbip)₂](ClO₄)₂. Было показано, что, несмотря на низкую скорость регенера-ции сенсибилизатора, увеличение фотоэлектрических характеристик было достигнуто благодаря наличию стерических и электростатических эффектов. Степень превращения энергии света в фототок достигала 80 % в видимой области спектра, а КПД составил 8 % при интенсивности освещения 100 мВт·см^-2. Структура медиатора представлена на рис. 8.

Рис. 8. Квазицентросимметричная пара кристаллографически независимых [Co^II(dbbip)₂]²⁺ ионов [12].

Рис. 9. Структура органического сенсибилизатора Carbz-PAHTDTT [12].

Известны попытки увеличить U_рц ФЭХП. С этой целью необходимо повысить редокс потенциал медиаторной системы и приблизить его к редокс потенциалу сенсибилизатора. Считается, что одноэлектронные редокс реагенты, например, ферроцены, малопригодны в качестве медиаторов [12]. Хотя такие частицы быстро восстанав-ливают окисленный сенсибилизатор, эти системы также имеют существенную темновую активность, благодаря облегченному восстановлению их окисленных форм электронами TiO₂, что приводит к снижению U_рц и эффективности разделения зарядов [17, 18]. Однако такие выводы требуют дополнительной проверки. Так в работе [19] при использовании в качестве медиатора ферроцена получены очень хорошие характеристики ФЭХП при использовании органического сенсибилизатора на основе не содержащего металла смешанного модифицированного производного поли-азабензолполитиофена (Carbz-PAHTDTT) (рис. 9).

Было продемонстрировано, что характеристики ФЭХП с медиаторной системой Fc/Fc⁺ превышают соответствующие характеристики преобразователя с медиатором на коррозионно активной системе I^-/I^-₃, а КПД достигает 7.5 %, при использовании в качестве сенсибилизатора не содержащей металла органической Carbz-PAHTDTT. В работе [20] развивается новый перспективный класс коррозионно неактивных модифицированных NiIII/NiIV бис(дикарболидных) комплексов и производных NiIII/NiIV бис(дикарболидных) комплексов, содержащих электродонорные и эле-ктроноакцепторные группы (рис. 10 и 11). Важной характеристикой ранее синтези-рованных NiIII/NiIV бис(дикарболидных) комплексов является их быстрая редокс трансформация [21]. В добавлении к не коррозионной природе NiIII/NiIV бис(дикарбо-лидных) комплексов и других металлоценовых систем. Они обеспечивают быстрый массоперенос и быструю регенерацию сенсибилизатора, что свидетельствует о быст-ром переносе электрона на сенсибилизатор [21]. Показано, что такие редокс системы, особенно комплексы 5 f/6, позволяют достичь высокие значения U_рц = 850 мВ, значительно повышающие типично наблюдаемые величины в системах I^-/I^-₃ ФЭХП [22].

Рис. 10. Схема получения комплексов [20]: 1) I₂, CH₂Cl₂, 6 час., 95 %; 2) RMgBr, диэтиловый эфир, 10 мол. % [Pd(PPh₃)Cl₂], Т_комн., 3 дня, 67 - 75 %; 3) EtOK, EtOH, флегма, 12 час., 98 %: 4) 40 % водный раствор NaOH, водный раствор NiCl₂ 6H₂O, затем воздух, 65 - 80 % (окисление) in situ водного FeCl₃, 5 мин. (восстановление) MeOH, NaBH₄, 10 мин., 95 %.

Рис. 11. Структура комплексов, зеленым цветом обозначен никель [20].

На рис. 12 представлены потенциалы полуволн синтезированных редокс систем на основе NiIII/NiIV бис(дикарболидных) комплексов в зависимости от величин констант Гамета - Тафта. Видно, что наибольшие значения редокс потенциалов у производных, содержащих электронноакцепторные трифторметильные заместители - CF₃(5f).

Рис. 12. Редокс потенциалы никелевых комплексов [15].

Медиаторы на основе Cu(I) комплексов

В работе [10] представлен ряд медиаторных систем на основе медных комплексов. Cu(I)/Cu(II) координационные соединения могут быть привлекательны, благодаря тому, что Cu(I) комплексы окисляются в октаэдральные или тригонал-би-пирамидальные [23 - 25] Cu(II) частицы и наоборот. В [10] показано, что комплексы Cu(I) с пиридиновыми и хинолиновыми лигандами могут быть использованы в ФЭХП. Структура синтезированных комплексов представлена на рис. 13.

В таблице приведены электрохимические свойства синтезированных соединений. Видно, что все синтезированные комплексы подвергаются необратимому окислению восстановлению, что свидетельствуют о замедленном переносе электрона в этих системах.

Таблица. Электрохимические свойства комплексов [10]

IPCE % комплексов при = 550 нм составляет 20 - 35 %, по сравнению с иодной системой, чей IPCE % составляет 55 %. При освещении монохроматическим светом с длиной волны 510 нм (адсорбционный максимум для сенсибилизатора Z907 на TiO₂) U_рц и I_кз с медиаторами на основе медных комплексов равны, соответственно, 0.55 В и 0.15 мАсм^-2, причем U_рц примерно на 100 мВ выше, а I_кз почти в два раза меньше аналогичных параметров, получаемых при использовании иодной системы.

Рис. 13. Структура комплексов, использованных в качестве медиаторов [10].

Заключение

Таким образом, за последние 10 лет значительное внимание уделяется исследованию и разработке новых медиаторных редокс систем на основе металлоорганических комплексов, альтернативных системе иод-иодид [26]. Многие их разработанных систем при соответствующем подборе сенсибилизаторов, нанокристаллических оксидов, катодных материалов, как на основе платины, так и на основе других катодов-катализаторов, могут в дальнейшем заменить систему иод-иодид как по скорости регенерации сенсибилизаторов, повышении напряжения на ФЭХП, коррозионных свойств, плотностям токов короткого замыкания, так и по другим важным параметрам.

Понимание соотношения между структурой медиатора, редокс свойствами, кинетикой электронного переноса позволит создать рациональную структуру новых более эффективных медиаторных систем для ФЭХП в будущем.

Развитие новых научных и конструкторско-технологических подходов к созданию новых фотоэлектропреобразователей, работающих на электрохимических принципах, позволят в ближайшие годы сделать ФЭХП конкурентоспособными на рынке автономного электропитания, что весьма важно для энергообеспечения портативной радиоэлектронной аппаратуры [27].

Литература

1. Moriarty P., Honnery D.//Chem. Rev. 2010. V.110. P.6443-6445; Int. J. Hydrogen Energy. 2009. V. 32. P. 16161.

2. V. Petrova-Koch, R. Hezel//High-Efficient Low-Cost Photovoltaics. Recent Develop-ments. A. Goetzberger (ed.). 2009. Springer 2.

3. B.O. Regan, M. Gratzel//Nature. 1991. V.335. P.737; M. Gratzel. Photoeletrochemical cells.// Nature. 2001. V.414. P. 338 3.

4. M. Green et al. // Solar Cell Efficiency Tables (Version 39). Prog. Photovolt.: Res. Appl. 2012. 20: 12-20 4.

5. Козюхин С.А., Гринберг В.А., Баранчиков А.Е. и др.//Электрохимия. 2013 (в печати).

6. S.A. Sapp, C.M. Elliot, C. Contado et al.//J. Am. Chem. Soc. 2002. V.124. P. 11215.

7. C.M. Elliot et al.//Patent US 7,019,138. 28. 03. 2006.

8. P.J. Cameron, L.M. Peter//J. Phys. Chem. 2003. V. 107. P. 14394.

9. Hanbbook of Photovoltaic Science and Engineering Ed.by A.Luque and S.Hegedus John Willey &Sons Ltd, 673 (2003).

10. B.C. Alberto. Photoelectrochemical and photophysical characterization of new molecular photosensitizers and electron transfer mediators for Dye-Sensitized Solar Cells.//PhD thesis, Universitа degli studi di Ferrara Cazzanti//Silvia (2009).

11. Галлюс З. // Теоретические основы электрохимического анализа. Мир: М., 1974. 552 стр.

12. S. Cazzanti, S. Caramori, R. Argazzi, C.M. Elliot, C.A. Bignozzi//J. Am. Chem. Soc. 2006. V.128 .P. 9996; Cazzanti, Silvia (2009) Photoelectrochemical and photophysical characterization of new molecular photosensitizers and electron transfer mediators for Dye-Sensitized Solar Cells. Tesi di Dottorato, Universitа degli studi di Ferrara. http://eprints.unife.it/125/

13. S. Cazzanti, J. Husson, M. Beley, C.A. Bignozzi, R.Argazzi, Ph.C. Gros//Chem.Eur. J. 2010. V.16. P. 2611.

14. A. Grabulosa, D. Martineau, M. Beley, Ph. C. Gros, M.S. Cazzanti, S. Caaramori, C.A. Bignozzi//Dalton Trans. 2009. P. 63.

15. B.M. Klahr, T.W. Hamann//J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113 (31), P. 14040.

16. H. Nusbaumer, S.M. Zakeeruddin, J.E. Moser, M. Gratzel//Chem. Eur. J. 2003. V. 9. P. 3756.

17. B.A. Gregg, F. Pichot, S. Ferrere, C.L. Fields//J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105, 1422.

18. A.B.F. Martinson, T.W. Hamann, M.J. Pellin, J.T. Hupp//Chem. Eur. J. 2008. V. 14, 4458.

19. T. Daeneke, T-H. Kwon, A.B. Holmes, N.W. Duffy, U.Bach, L.Spiccia//Nature Chemistry. 2011. V. 3. P. 211.

20. A.M. Spokoyny, T.C. Li, O.K. Farha, C. W. Machan, C. S. Charlotte L., S.T. J. Marks, J.T. Hupp, and C.A. Mirkin//Angew. Chem. Int. Ed. 2010. V. 49. P. 5339.

21. C. Li, A. M. Spokoyny, C. She, O. K. Farha, C. A. Mirkin, T. J. Marks, J. T. Hupp//J. Am. Chem. Soc. 132, 4580 (2010).

22. Marks, J. T. Hupp//J. Am. Chem. Soc. 2010. V.132. P. 4580.

23. M. Gratzel//Nature. 2001. V. 414 P. 338.

24. J.M. Kroon, N.J. Bakker, H.J.P. Smit, P. Liska, K.R. Thampi, P. Wang, S.M. Zakeeruddin, M. Gratzel, et al.//Prog. Photovoltaics. 2007. V. 1. P. 15.

25. S. Itoh, N. Kishikawa, T. Suzuki, H.D. Takagi//Dalton Transaction. 2005. V. 6. P. 1066.

26. H. Tian, L. Sun//J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 10592.

27. Нижниковский Е.А. Портативные химические источники тока. М. Изд-во «Спутник+». 2008. 220 с.

Размещено на Allbest.ru