雙捕光染料分子的設計合成及其敏化太陽電池性能研究

《雙捕光染料分子的設計合成及其敏化太陽電池性能研究》是依託華南理工大學，由曹德榕擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雙捕光染料分子的設計合成及其敏化太陽電池性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曹德榕
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

針對有機染料敏化太陽電池存在的效率和穩定性問題，設計合成一種既能提高其光電轉換效率、又能增加其穩定性的新型有機染料- - 雙捕光染料。通過在雙捕光染料中引入兩個捕光基團, 提高其光吸收強度和拓寬其光吸收範圍；通過在雙捕光染料分子中引入兩個及兩個以上的錨固基團, 使其能與半導體納米晶表面發生多重鍵結, 避免其在使用過程中的脫落問題。研究雙捕光染料體系的基本科學問題，揭示該體系的一般規律。組裝雙捕光染料敏化太陽電池，研究染料結構與電池性能之間的關係，探討錨固基團對電池穩定性影響的一般規律。為設計合成新型高效有機敏化染料、提高染料敏化太陽電池的光電轉換效率、增加電池的穩定性提供新思路和理論依據。

結題摘要

染料敏化太陽電池是很有潛力的光電轉換裝置，但存在光電轉換效率偏低和電池穩定性差等亟待解決的關鍵問題。本項目為嘗試解決這些問題，設計合成一種具有獨立的兩個捕光基團的新型有機染料- -雙捕光染料。主要研究內容如下：設計合成了一系列雙捕光染料分子，表征了其分子結構，研究了雙捕光染料的光物理性能和光電轉換性能；在雙捕光染料分子中引入兩個及兩個以上的錨固基團, 探討染料結構與電池穩定性之間的關係；將這些染料構建新型染料敏化太陽電池，研究染料結構與電池性能之間的關係。本項目取得了一些重要的研究結果：1、與只有一個捕光基團的染料（簡稱為單捕光染料）相比，雙捕光染料的摩爾消光係數大大提高（約提高了一倍），可顯著提高其光吸收強度；2、通過改變兩個捕光單元的捕光範圍，可以拓寬染料的光吸收範圍；3、錨固基團數的增加使染料分子能與半導體納米晶表面發生多重鍵結,有效解決了染料分子在使用過程中的脫落問題，提高了電池的穩定性；4、這種染料的連線基結構和連線位置對染料的光電轉換效率影響很大：連線基的長度要合適，太長會降低光電轉換效率；連線基在給體上比在π橋上更能有效提高光電轉換性能。項目發表SCI收錄論文24篇，申請發明專利4件，其中一件已授權；培養博士研究生7名，碩士研究生2名。項目取得的研究成果為設計合成新型高效有機敏化染料、提高染料敏化太陽電池的光電轉換效率、增加電池的穩定性提供新思路和理論依據。