非對稱卟啉敏化太陽能電池材料的合成及光電性能研究

《非對稱卟啉敏化太陽能電池材料的合成及光電性能研究》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：非對稱卟啉敏化太陽能電池材料的合成及光電性能研究
• 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

本項目擬從分子設計出發合成非對稱卟啉衍生物，再對其β位進行環加成反應, 破壞卟啉環對稱性，以期達到光譜範圍寬，吸光性能好，通過合適的橋接基團把丙二酸等極性基團引入卟啉的相應的β位，以期得到具有長的電荷分離態、易於結合納米二氧化鈦的敏化染料，並進行光電轉換性能研究，最終組裝染料敏化納米二氧化鈦太陽能電池。探討其分子設計的合理性以及結構與光電性能的關係，探討卟啉對稱性與其光電能量轉換效率的關係，通過泛函密度理論計算與實驗結果相結合探討卟啉分子尺寸大小與其光電能量轉換效率的關係，探討橋接基團和錨基團與電荷分離態、分離電子壽命、電荷重組以及電子空穴注入相應電極的關係。可望揭示分子結構與光電性能的關係，為卟啉光電材料的發展提供新的思路和理論依據。

結題摘要

國家自然基金項目 項目名稱：“非對稱卟啉敏化太陽能電池材料的合成及光電性能研究”（項目編號 21076147） 執行時間：2011.1-2013.12。項目按計畫完成了任務，達到預期目標。 項目通過分子設計合成了兩大類42個不對稱卟啉敏化染料，研究了卟啉分子結構與光電性能的關係，將其套用在染料敏化納米晶二氧化鈦有機太陽能電池上，將光能轉換成可被利用的電能，實現光電轉換效率達到6.1%。研究了光陽極材料，採用孔徑漸進的結構的光陽極，在效率上比普通光陽極提升了17%。 主要研究成果如下： 1．研究了合成不對稱卟啉的方法。以芳醛與吡咯為原料，可選擇性水相合成5-芳基二吡咯甲烷、5，10-芳基二取代三吡咯烷 及5，10，15-芳基三取代四吡咯烷。該方法原料易得，反應溫和，反應步驟少，選擇性高，易於克量級合成。採用該方法合成了65個未見報導的中間體及6個非對稱卟啉。 2. 設計合成了22個不對稱β位“推-拉”式卟啉染料、 20個不對稱中位修飾的“推-拉式”卟啉染料，進行了光電性能研究，得出了染料結構與性能關係的規律， 並從理論上給予解釋。 單純用β位-修飾卟啉類敏化染料的光電轉換效率達到6.1%。 3. 研究了光陽極材料。水熱法製備二氧化鈦納米粒子，光電轉化效率達到9.0%，比普通光陽極提高了13%；採用孔徑漸進的結構的光陽極，在效率上比普通光陽極提升了17%；微乳液TiO2材料製備了漸進核心散射光陽極,在效率上比普通光陽極提升了24%。 4. 初步探討了卟啉類敏化染料與氟硼二吡咯染料的復配及共敏化，共敏化染料比單純用卟啉敏化染料光電轉化效率顯著提高，共敏化機理有待深入研究。 5. 項目的理論成果發表被SCI收錄論文10篇,被EI收錄論文4篇,申請國家發明專利3項。培養畢業博士研究生3人，碩士5人，在讀博士生7人，碩士生7人。