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应用技术研究所在光敏染料分子设计方面取得重要进展

作者:陈汪超 孔凡太   发布时间:2017-06-27   来源:新能源中心

近期,应用技术研究所孔凡太研究团队在染料敏化太阳电池用光敏染料方面取得重要进展,基于强吸光宽光谱钌染料效率接近11%,开发了基于新型锚定基团海因的新型有机染料。相关研究结果发表在发表在《ACS Appl. Mater. & Interfaces》,《Phys. Chem. Chem. Phys.》,《J. Power Sources》,《Adv. Funct. Mater.》,《RSC Adv.》等国际知名期刊上。

钌配合物染料敏化剂是染料敏化太阳电池中应用最早、最广泛的敏化剂。针对传统钌配合物染料敏化剂N3N719Z907吸光范围窄,吸光强度弱等缺点,通过在辅助配体上引入含有杂环的电子给体天线基团(苯咔唑,甲氧基三苯胺,EDOT-甲氧基三苯胺等),合成出强吸光宽光谱钌配合物染料敏化剂数十种。将这些染料分子应用在染料敏化太阳电池中,均取得了超过10%的效率,接近国际上钌配合物染料敏化太阳电池的最高水平。图1给出了部分染料分子结构、前线分子轨道和电子给体天线基团作用示意图。

 

有机染料的结构一般可以由D-π-A来表示,其中D表示给体部分,π表示共轭桥部分,A表示电子受体部分。由于有机染料分子通常是依靠A部分来吸附在二氧化钛表面完成敏化过程,故A一般又可称为锚定基团或吸附基团。目前大多数性能优越的有机染料均使用氰基乙酸来作为锚定基团,针对氰基乙酸易脱附,电子注入效率低等缺点,我们在国际上首次引入海因基团作为有机染料的锚定基团,图2给出了基于海因电子受体的有机染料分子结构和电流-电压曲线。在给体部分和共轭桥部分均使用传统配置(甲氧基三苯胺+噻吩)的情况下,证明了海因基团在吸附稳定性,电子注入效率等方面相较于氰基乙酸均有明显的提高。将含有海因锚定基团的有机染料应用在染料敏化太阳电池中得到了近8%的效率,证明了该类型染料的应用潜力。