染料敏化太阳能电池中染料的分子设计、合成与光电性能研究

利用量子化学计算方法分别对在染料敏化太阳能电池中具有优异光电转化性能的两类染料分子联吡啶类染料和有机染料的激发态行为进行研究，阐明染料分子在电池光照条件下的工作机理，期望可以揭示这两类敏化剂分子激发态行为与其光电性能之间的关系，探寻与染料分子的光电性能相关的理论参数，并以之为依据对有机染料分子进行分子设计。根据分子设计的结论，合成可能具有更优异光电转化性能的新型染料分子，利用新合成的染料作为敏化剂组装染料敏化电池，并对其光电性能和热稳定性进行测试，将实验结果与理论计算的结果进行比较，验证计算结果的可信度，得到的结论可对染料分子的结构修饰起到指导作用。

染料分子的多种激发态性质与染料敏化太阳能电池的效率密切相关。本项目尝试利用理论模拟方法对有机染料分子进行高效的分子设计，主要完成了以下几方面的研究工作：（一）以香豆素类染料作为研究对象，利用计算方法对其吸收光谱及激发态能带分布进行拟合，计算结果显示染料的最大吸收波长以及电子注入过程的活化能会显著影响太阳能电池的光电转化效率。（二）以三苯胺类染料作为研究对象，采用理论模拟方法成功计算得到了染料分子激发态的氧化还原电位，并利用此方法设计了新型的三苯胺类染料。（三）合成可能具有更优异光电转化效率的三种三苯胺染料，并对其光电转化效率及使用寿命进行了测试。测试结果进一步验证了理论计算得到的结论。本项目建立了一种“理论模拟→新型染料的分子设计→染料分子的实验合成→组装电池”的技术路线，可显著提高染料分子设计的效率。