三聚茚基光敏劑的設計、合成及其光伏性能研究

《三聚茚基光敏劑的設計、合成及其光伏性能研究》是依託天津理工大學，由梁茂擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：三聚茚基光敏劑的設計、合成及其光伏性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：梁茂
• 依託單位：天津理工大學

項目摘要

染料敏化太陽能電池(DSC)已經成為太陽能光伏套用領域的研究熱點。在提高DSC光電轉換效率方面，高效光敏劑的製備是關鍵“瓶頸”之一。在青年科學基金項目中，我們發現三茚基光敏劑具有光捕獲能力強，抑制光敏劑聚集和電子複合等優點，在鈷多吡啶電解質體系中表現出優良的光伏性能。研究成果在Chem. Soc. Rev.，Chem. Commun.，Org. Lett.，J. Phys. Chem. C等刊物上發表。然而，該類光敏劑的光電流還需進一步提高。此外，三聚茚基光敏劑在鈷多吡啶電解質體系DSC中的諸多工作機理還不十分清楚。據此，本項目擬合成供電能力強的三聚茚基光敏劑；並重點研究光敏劑與鈷多吡啶電解質的相互作用的規律，闡明相關的界面過程機理，以揭示基於鈷多吡啶電解質體系的光敏劑構效關係規則。本項目為高效光敏劑的設計合成提供實驗和理論依據，對深入理解DSC光-電轉換基本過程與原理具有重要意義。

結題摘要

染料敏化太陽能電池(DSC)已經成為太陽能光伏套用領域的研究熱點。在提高DSC光電轉換效率方面，高效光敏劑的製備是關鍵“瓶頸”之一。本項目合成了系列非對稱三聚茚基三芳胺供電基團和氮吡咯噻吩共軛橋，用於構築有機光敏劑；採用不同的鈷電解質研究光敏劑與鈷多吡啶電解質的相互作用規律。 研究發現，三聚茚可有效抑制電子複合，引入芳胺或者噻吩衍生物作為二級供電基團，可有效調控染料的光伏性能。其中，以咔唑為二級供電基團，可以有效提高三聚茚光敏劑的光電流；值得注意的是，我們的結果證明了噻吩衍生物不僅是優良的共軛橋，也可以是優良的二級供電基團。取代基對氮吡咯噻吩光譜影響較小，主要影響光敏染料的空間排布。通過擴大氮吡咯橫向共軛體系可以有效調節光敏染料的能級，光譜以及光伏性能。其中，噻吩並吡咯噻吩具有高摩爾吸光係數，且邊緣烷基鏈可以有效控制電池中的電子複合。以三聚茚三芳胺為供電基團，以氮吡咯噻吩為共軛橋，M60在標準光強照射下獲得了9.75%的光電轉換效率。我們的研究還發現，染料抑制電子複合的能力會影響到鈷（III）離子的複合規律，而不僅僅是由電子複合驅動力大小來決定的。對於鈷基電解質染料敏化太陽能電池來說，要獲得高光電轉換效率，光敏染料的抑制電子複合能力時第一位的，在染料具有良好的抑制電子複合能力情況下，光吸收能力而非染料再生驅動力是獲得高電流的關鍵。 本項目為基於鈷基電解質的高效光敏劑的設計合成提供實驗和理論依據，對深入理解DSC光-電轉換基本過程與原理具有重要意義。