長激子壽命有機染料的設計、合成與性能研究

《長激子壽命有機染料的設計、合成與性能研究》是依託天津理工大學，由張敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：長激子壽命有機染料的設計、合成與性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張敏
• 依託單位：天津理工大學

項目摘要

圍繞國家能源重大戰略需求，本項目將以提高有機染料敏化太陽電池光電轉化效率為目標。針對目前該器件所用寬光譜有機染料的激發態壽命較短這一限制器件效率提升的基本物理問題，本項目擬基於量子化學計算設計，實現新型長激子壽命有機染料的製備，並利用寬時域時間分辨光譜和高速高靈敏時間分辨光電測量技術，探索材料化學結構依賴的表觀激子壽命、電子注入、空穴注入及電荷複合等影響器件功率轉換效率的能量轉移與電荷轉移路徑與速率的本質。在此基礎上，通過進一步材料的理性設計與器件工程，製備出高性能有機染料敏化太陽電池，從而提供一種低成本清潔能源的備選方案。

結題摘要

基於傳統窄能隙有機染料的染料敏化太陽電池普遍具有較低的外量子產率。其原因主要是由於有機染料激子壽命短導致界面電子注入產率的降低。通過化學合成來實現“窄能隙有機染料的激發態控制”是當前器件效率突破的一個制高點。通過項目的實施，我們改善時間分辨光譜測試系統的靈敏度，為新型太陽電池激發態物理及界面電荷傳遞動力學的研究提供了有力的研究手段。將寬頻螢光上轉換、寬頻瞬態吸收兩種超快光譜技術結合，並提出了半導體納晶表面“激發態多步弛豫、多態電子注入”的物理模型。明晰了開發長激子壽命有機染料的必要性。提出了“減小給受體電子關聯、增強分子內電荷轉移”的概念，製備出系列非氰基丙烯酸類電子受體，打破了氰基丙烯酸類有機染料激發態壽命受限於能隙規則這一傳統認知。以較精確的材料計算為基礎，設計並製備出系列具有自主智慧財產權、剛性電子骨架、能隙遞變的苝基多環芳烴非氰基丙烯酸有機染料，在激發態控制、高效器件方面取得重要進展。獲8個授權中國發明專利，發表SCI論文15篇（IF大於7的9篇），相關研究被Chemical & Engineering News等多次正面評述。