高效稳定茚基三芳胺光敏化剂的合成与光伏性能研究

染料敏化太阳能电池(DSC)已经成为太阳能光伏应用领域的研究热点。在提高DSC光电转换效率方面，设计合成高效有机染料光敏剂是关键"瓶颈"之一。有机光敏剂存在的主要问题是：染料分子在半导体表面容易聚集、光生电子的复合和光谱响应范围窄等。本项目拟设计合成茚基三芳胺光敏剂，其非平面的共轭刚性结构和长链烷基可抑制染料的聚集和电子复合，有效提高染料的开路电压和光热稳定性；采用给电子(D)类噻吩和拉电子(A)类噻吩以及含氮杂环化合物为单体，构建具有D-D和D-A结构的寡聚噻吩衍生物共轭桥，通过单体结构的改变来调节染料分子的能级带隙，拓宽光谱响应范围，提高染料的光生电流。本项目还对茚基三芳胺光敏染料进行机理研究，以优化染料分子的设计方案。本项目涉及物理、化学和材料等交叉领域，对新型高效有机光敏剂的研究具有重要意义。

染料敏化太阳能电池(DSC)已经成为太阳能光伏应用领域的研究热点。在提高DSC光电转换效率方面，设计合成高效有机染料光敏剂是关键“瓶颈”之一。用于DSC的光敏剂存在两大主要问题：(a) 光敏剂分子在二氧化钛表面的聚集，导致DSC中电子注入效率降低; (b) 光敏剂不能有效抑制注入到二氧化钛导带中的电子与电解液中的I3-离子复合，导致DSC开路电压（VOC）偏低; (c) 染料的光吸收范围还不够广。.本项目设计合成了多种烷基化三聚茚基三芳胺，将其引入到光敏剂作为供电基团，可以很好的解决染料聚集和电池中电子复合的问题。研究表明，无论是在碘电解质还是在钴多吡啶电解质DSC中，该类光敏剂普遍具有高的开路电压。.此外，将三聚茚基团引入到光敏剂供电单元可以有效提高光敏剂的摩尔吸光系数。基于该特点，三聚茚基光敏剂可以采用薄的二氧化钛膜进行吸附，从而应用到含钴多吡啶电解质的DSC中。三聚茚光敏剂优良的光捕获能力和抑制电子复合能力在钴多吡啶电解质DSC中得到的充分体现。.采用给电子(D)型噻吩和拉电子(A) 型噻吩来构筑D-D和A-D型共轭桥。A型融噻吩的引入可以拓宽光敏剂的吸收范围，但是会导致光敏剂摩尔吸光系数的明显降低，这不利于光敏剂在薄膜DSC中的应用。在所制备的共轭桥中，D-D型共轭桥表现出最佳的光伏性能。因此，我们采用D/D-D型共轭桥构筑三聚茚光敏剂，并应用到钴多吡啶电解质DSC中，获得了良好的光伏性能。.开发新型融环噻吩衍生物作为芳胺光敏剂的共轭桥。研究表明，融环噻吩衍生物具有吸光范围广的优点。通过对融环噻吩取代基的精细调节，可以有效调节光敏染料的能级高低和光伏性能。本项目中，我们开发了苯并二噻吩和氮吡咯二噻吩类衍生物作为芳胺光敏剂的共轭桥，获得了良好的光伏性能。