卟啉與氟硼二吡咯類染料共敏化太陽能電池研究

《卟啉與氟硼二吡咯類染料共敏化太陽能電池研究》是依託天津大學，由馮亞青擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：卟啉與氟硼二吡咯類染料共敏化太陽能電池研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馮亞青
• 依託單位：天津大學

項目摘要

有機敏化太陽能電池是太陽能利用的有效途徑之一。卟啉光敏染料的研究成為世界上最活躍的課題之一。單一敏化染料很難實現全太陽光譜的吸收，限制了光電轉換效率的進一步提高。通過將吸收光譜互補的兩種或多種染料混合進行共敏化，是提高太陽光利用的有效途徑。本項目設計併合成新型卟啉敏化染料及與其匹配的共敏化染料，通過共敏化方法實現總體光伏性能的提升。研究卟啉染料共敏化機理，在共敏化染料的選擇上，將三芳胺化合物通過縮合連線到氟硼二吡咯化合物上，合成具有性能優良的空穴傳輸型染料作為新型共敏化染料，以期擴大染料對光的吸收範圍和強度。同時製備與共敏化染料匹配的新型光陽極材料,如有利於染料吸收的介孔TiO2材料、有利於電子傳輸的石墨烯摻雜 TiO2材料、稀土元素摻雜TiO2材料,來提高短路電流和開路電壓，達到提高光電轉換效率的目的。可望在敏化染料太陽能電池領域有所突破，為有機太陽能電池的開發提供理論和技術支持。

結題摘要

太陽能利用是全球矚目的戰略性課題，卟啉光敏染料太陽能電池是研究低價、高效太陽能利用的最活躍的課題之一。 本項目設計併合成兩類中位和β位卟啉敏化染料以及氟硼二吡咯敏化染料，研究了敏化染料結構與光電性能的關係及兩類敏化染料的共敏化機理；研究了新型光陽極材料。此外對卟啉敏化染料進行了理論計算；對電解質進行了研究。獲得卟啉染料及氟硼二吡咯共敏化染料的結構與光電性能關係的規律，揭示了卟啉染料與共敏化染料的共敏化機理。 獲得了敏化染料分子結構與光電性能的關係： （1）在卟啉中位引入正長的烷氧基鏈可抑制染料聚集，是提高電子注入效率和阻止電子複合的有效方法。（2）在卟啉環和錨定基團之間引入吸電子能力強的苯並喹喔啉和苯並噻二唑，具有更紅的Q帶吸收、更寬的IPCE峰和更好的光捕獲效率、更高短路電流。（3）D-A-π-A結構的卟啉染料上噻吩橋上氟原子的引入以及錨定基團上引入氰基或延長π共軛有助於提高染料的光捕獲能力。（4）三芳胺-BODIPY染料中，供電基團結構中苯環被鎖定的三芳胺降低了其自由旋轉造成的非輻射能量損失，更有利於電子供體到BODIPY核的電荷轉移。具有更高螢光量子產率和更長螢光壽命的染料將會獲得更優的光電性能。 揭示了共敏化機理，BODIPY染料與卟啉染料的共敏化，存在從卟啉染料到BODIPY染料的FRET能量轉移，存在共敏化染料之間的相互抑制聚集作用，同時存在分子尺寸互補、共敏化TiO2薄膜光陽極上的染料分子更加無序、分子之間間隙變大。總的協同作用結果提高了光電流；比單個敏化染料光電轉化效率提高了14.7%。共敏化是提高敏化染料光電性能的有效途徑。 在國內外重要學術刊物Physical Chemistry Chemical Physics 、Journal of Materials Science、Nano Reasearch、RSC Advances、Journal of Power Sources、 Dyes and Pigments 等上發表標註基金委資助的論文31篇，其中26篇為第一標註。