兼具高吸光系数与防复合效应有机染料的合成及其在全固态敏化太阳能电池中的应用与性能优化

Photovoltaic devices, where electricity is generated directly from sun light, promise to offer a clean solution to the energy crisis and environmental degradation around the globe. Following the development of dye sensitized solar cells, all-solid state device is essential, and become the hot topic in opto-electronic field. Based on the good related results achieved recently, this project focus on the design and synthesis of organic dyes in solid-state dye sensitized solar cells (ssDSSCs). Through the introduction of fused rings and isolation groups, together with the controllable modulation of molecular geometries and intermolecular interactions, the obtained organic dyes can realize the enhancement of light-harvesting ability and effective electron transitions at the same time in the ssDSSCs, with the aim to achieve the high conversion efficiencies of organic devices. Meanwhile, the relation between molecular design, the aggregation behavior, and the resultant opto-electronic properties has been investigated systematically, which can improve further progress in the development of ssDSSCs by novel ideas and approaches.

通过对太阳光的有效利用以实现电能的转换，对缓解全球的能源危机与环境恶化具有重要的意义。随着新型染料敏化太阳能电池的发展与实用化进程，全固态器件的研究已成为此领域的研究热点与必然趋势。本项目从此类电池的核心组分—有机染料出发，在前期的研究基础上，拟通过稠环结构与间隔基团的引入，结合空间构型的巧妙设计与分子间相互作用的可控调节，以实现太阳光捕获能力与电子有效传输效率的双赢，进而获得高效的、可实用的全固态染料敏化太阳能电池。同时，系统分析染料的结构特点与聚集态行为，以及器件光电性能之间的关系，获取全固态器件中高效有机染料设计的新思路和新途径。

从太阳光能源的有效利用出发，围绕其核心组分-有机染料敏化剂，本项目系统开展了兼具高吸光系数与防复合效应有机染料的设计与合成。通过染料分子构型和电子特性协同作用的调控，有效抑制了界面的电子复合作用，减少了器件内的能量损失，并深入探讨界面电子传输过程的影响因素与优化方案，系统分析了其内在机制，证实了分子聚集形式对电池光电转换性能的重要影响。为进一步深入挖掘染料分子结构和聚集形式之间的关系，基于其共轭片段的晶体结构与发光性能间构效关系的系统研究，初步建立了优势的分子聚集模型，提出聚集结构的有效调控方式，为优化太阳能电池中复杂的分子聚集形式提供重要的思路。从分子聚集态层面上精准把控电池的光伏性能，实现光电器件内电子传输过程的高效调控和性能的有效提升。. 这些工作总结在标注了本基金项目号的19篇SCI论文中，包括Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Sci. China Chem.、Acc. Chem. Res.、Appl. Cata. B: Environ.、ACS Energy Lett.、Mater. Horiz.等，获授权发明专利6项。