《高效有機染料的合成及其染料敏化太陽能電池的研究》是依託華中科技大學，由王鳴魁擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高效有機染料的合成及其染料敏化太陽能電池的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王鳴魁
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
染料敏化太陽能電池（DSC）具有製造過程簡單，生產成本低等優點，是世界範圍內圍繞新能源和化學材料研究領域中非常活躍、非常重要的研究方向。但其光電轉換效率只有１２％，因此如何提高DSC的光電轉換效率是決定該類電池實際套用的的重要因素。本項目擬研究開發一類能夠提高DSC效率的有機染料。該有機染料同時具有電子給予體、連線官能團和電子接收體。我們擬分別在電子給予體中引入三苯胺，連線體中引入噻吩，電子接收體和固定官能團引入氰化丙烯酸等有效措施，開發新型高效染料，製備高效有機DSC。分別改變在電子給予體、連線體以及電子接收體部分的分子單體，是調節染料分子的HUMO和LUMO的電子分布能級一種有效方法，從而可能從分子層面揭示影響DSC性能的來自染料分子方面的原因，為開發高效、穩定的第三代光伏電池提供理論基礎。
結題摘要
本研究課題是高效有機染料的合成及其染料敏化太陽能電池的研究。在3年研究期間，我們針對高效染料分子的設計、合成、及其在染料敏化太陽能電池中的套用進行了研究，取得了以下一些研究成果。1、設計併合成多種新型寬光譜有機卟啉染料。藉助給體-受體（D-π-A）等分子結構設計概念，拓寬有機染料的吸收光譜；探索新吸附基團，以吡啶替代傳統的羧基吸附基團，增加DSC的開路電壓。實現了電池效率＞9%，短路電流~17.4mA cm-2的研究目標。研究成果發表在Chemistry-An Asian Journal, DOI: 10.1002/asia.201201136. 2、利用水熱法直接生長有序二氧化鈦納米棒陣列，結合高吸光釕染料及孔穴傳輸材料，製備固態DSC電池，電池效率達到2.9%。和標準納米顆粒製備的固態電池（~5%）比較，基於納米棒陣列電極表面的粗糙度低，因而降低了對入射光的捕獲率。TiO2納米棒結構電極表面的電荷複合壽命要比常規納米顆粒結構的短，從而揭示了納米棒結構電池的效率低原因。研究成果發表在（J. Phys. Chem. C 2012, 116, 3266. 3） 我們仔細選擇了兩種共吸附劑模型分子，研究固定作用的官能團作用：neohexyl phosphonic acid （NHOOP） 和bis-（3,3-dimethyl-butyl）- phosphinic acid （DINHOP）。表面光電子能譜表明，一個釕配合物染料分子可以被兩個DINHOP分子或者三個NHOOP分子取代，TiO2表面吸附的染料分子的噻吩官能團指向電解質方向。通過表面修飾作用，共吸附劑主要影響複合反應過程。添加DINHOP可以提高電池器件的光電轉換效率（~10%），而NHOOP在TiO2表面上的強吸附作用卻加劇了電荷複合反應過程。研究成果發表在（ChemSusChem 2012, 5, 181. 4）我們詳細研究了有機氧化還原電對及其水體系電解質對染料敏化異質結界面複合過程的影響，明確了在TiO2表面上不同態密度在電解質中反應機理。首次發現在二硫化物/巰基的氧化還原對體系中，表面態複合占據主要過程，而碘電解質中導帶電子對界面複合過程貢獻明顯。研究成果發表在Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9394, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 25233.
