《高效穩定茚基三芳胺光敏化劑的合成與光伏性能研究》是依託天津理工大學，由梁茂擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高效穩定茚基三芳胺光敏化劑的合成與光伏性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：梁茂
- 依託單位：天津理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
染料敏化太陽能電池(DSC)已經成為太陽能光伏套用領域的研究熱點。在提高DSC光電轉換效率方面，設計合成高效有機染料光敏劑是關鍵瓶頸之一。有機光敏劑存在的主要問題是：染料分子在半導體表面容易聚集、光生電子的複合和光譜回響範圍窄等。本項目擬設計合成茚基三芳胺光敏劑，其非平面的共軛剛性結構和長鏈烷基可抑制染料的聚集和電子複合，有效提高染料的開路電壓和光熱穩定性；採用給電子(D)類噻吩和拉電子(A)類噻吩以及含氮雜環化合物為單體，構建具有D-D和D-A結構的寡聚噻吩衍生物共軛橋，通過單體結構的改變來調節染料分子的能級帶隙，拓寬光譜回響範圍，提高染料的光生電流。本項目還對茚基三芳胺光敏染料進行機理研究，以最佳化染料分子的設計方案。本項目涉及物理、化學和材料等交叉領域，對新型高效有機光敏劑的研究具有重要意義。
結題摘要
染料敏化太陽能電池(DSC)已經成為太陽能光伏套用領域的研究熱點。在提高DSC光電轉換效率方面，設計合成高效有機染料光敏劑是關鍵“瓶頸”之一。用於DSC的光敏劑存在兩大主要問題：(a) 光敏劑分子在二氧化鈦表面的聚集，導致DSC中電子注入效率降低; (b) 光敏劑不能有效抑制注入到二氧化鈦導帶中的電子與電解液中的I3-離子複合，導致DSC開路電壓（VOC）偏低; (c) 染料的光吸收範圍還不夠廣。 本項目設計合成了多種烷基化三聚茚基三芳胺，將其引入到光敏劑作為供電基團，可以很好的解決染料聚集和電池中電子複合的問題。研究表明，無論是在碘電解質還是在鈷多吡啶電解質DSC中，該類光敏劑普遍具有高的開路電壓。 此外，將三聚茚基團引入到光敏劑供電單元可以有效提高光敏劑的摩爾吸光係數。基於該特點，三聚茚基光敏劑可以採用薄的二氧化鈦膜進行吸附，從而套用到含鈷多吡啶電解質的DSC中。三聚茚光敏劑優良的光捕獲能力和抑制電子複合能力在鈷多吡啶電解質DSC中得到的充分體現。 採用給電子(D)型噻吩和拉電子(A) 型噻吩來構築D-D和A-D型共軛橋。A型融噻吩的引入可以拓寬光敏劑的吸收範圍，但是會導致光敏劑摩爾吸光係數的明顯降低，這不利於光敏劑在薄膜DSC中的套用。在所製備的共軛橋中，D-D型共軛橋表現出最佳的光伏性能。因此，我們採用D/D-D型共軛橋構築三聚茚光敏劑，並套用到鈷多吡啶電解質DSC中，獲得了良好的光伏性能。 開發新型融環噻吩衍生物作為芳胺光敏劑的共軛橋。研究表明，融環噻吩衍生物具有吸光範圍廣的優點。通過對融環噻吩取代基的精細調節，可以有效調節光敏染料的能級高低和光伏性能。本項目中，我們開發了苯並二噻吩和氮吡咯二噻吩類衍生物作為芳胺光敏劑的共軛橋，獲得了良好的光伏性能。
