金属有机铜(I)络合物光敏染料的设计合成及其在太阳能电池上的应用

染料敏化太阳能电池是近年来在太阳能电池中最活跃的研究课题，原因在于其制作成本最低。其主要光电转换核心是有机染料，目前转换效率最高且最稳定的染料为联吡啶钌Ru(II)络合物，其转换效率约为10％。不使用价格昂贵且有毒性的钌，开发有机金属铜光敏染料，制作纳米晶敏化太阳能电池为本课题之目的。设计的分子是桥联配体联吡啶衍生物(bpy-π-D 或bpy-π-C8H17)与金属铜(I)的复合物。通过对联吡啶不同取代位置取代基团的修饰调控，提高铜(I)金属有机络合物的稳定性；而在联吡啶配体上引入有机共扼结构例如双噻吩，3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT),双噻吩环戊烷(CPDT)等功能团和电子给体基团咔唑或二苯胺，来增加染料的共扼长度，使其吸收范围扩展至近红外区，更有效地利用太阳光，期望由此新型的有机金属结构，制作光电转换效率和稳定性较高的纳米晶染料敏化太阳能电池。

染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell，简称为DSSC)，是借鉴自然界植物光合作用能量转换机制的一种太阳能电池，它具有结构简单、容易加工、成本低、能量转化效率较高等优点。其主要光电转换核心是有机染料，目前转换效率最高且最稳定的染料为联吡啶钌Ru(II)络合物，其转换效率约为11％。若能进一步有效地提高其能量转换效率和稳定性，染料敏化太阳能电池将有可能成为替代性能源的主流之一。不使用价格昂贵且有毒性的钌，开发有机金属铜光敏染料，制作纳米晶敏化太阳能电池为本课题之目的。项目实施较为顺利，完成项目书中的任务和目标。我们设计并合成了一系列铜族光敏化合物。我们将这些络合物染料应用到染料敏化纳米晶太阳电池，确定了染料结构与性能的关系。结果表明，铜基配合物具有优异的光电性质，所制作的染料敏化太阳能电池的效率达到2.2%，接近文献报道的最高效率2.3%。而且我们还研究了其中一些化合物的光催化性能，研究表明它们可用在光催化二氧化碳转换中。本课题培养博士研究生1名，硕士研究生3名，博士后2人，在SCI国际著名刊物（如CEJ、IC、Dalton等）发表论文6篇，申请国内专利3项。这些成果使我国在相关研究领域处在国际领先水平。