含氮、硫杂环有机敏化染料的设计、合成及光电性能研究

有机染料敏化太阳能电池成本低廉、制备工艺简单、理论转换效率高，具有广阔的应用前景。有机敏化染料分子带隙变窄、吸收红移，在拓宽对太阳光响应范围的同时，往往造成电荷注入效率降低，针对这一矛盾，本项目将氮、硫杂环化合物引入到有机染料敏化剂中，利用氮、硫杂环结构和性能的多样性来设计制备有机敏化染料，并对染料分子的能级进行微调，系统地考察、比较并揭示氮、硫杂环化合物对改善染料分子推拉电子能力、提高电荷分离和注入效率、提高电池能量转换效率及寿命的影响；同时针对如何降低界面层电荷由于复合造成的损失这一问题，本研究将通过引入超支化基团来抑制电荷由半导体导带向空穴传输材料的迁移和复合，通过抑制分子的聚集来抑制电荷在敏化剂内的复合，探讨降低界面层电荷复合造成的损失、提高电池能量转换效率的有效方法。

整个项目的研究计划是将氮、硫杂环引入到有机敏化染料中，充分利用氮、硫杂环化合物结构和性能的多样性来设计并制备有机敏化染料，充分利用这些杂环的推拉电子能力来调控有机敏化染料的吸收光谱、HOMO/LUMO能级、电荷的分离和注入效率等影响电池能量转换效率和稳定性的因素，并通过引入超支化基团来减少界面层电荷由于复合造成的损失，以获得高效率长寿命的染料敏化太阳能电池材料。. 研究工作按预定计划顺利进行，目前很好地完成了项目的预期目标。我们围绕着拓宽染料的吸收光谱、调控染料HOMO/LUMO能级以及赋予染料抑制电荷复合的功能等方面来设计并制备有机敏化染料，研制了50多个新型含有氮、硫杂环的有机敏化染料（目前已报道其中的20余个），主要包括以下几个体系：(1) 基于吡嗪（噻吩并吡嗪和苯并吡嗪）的有机染料；(2) 基于噻吩并吡咯二酮的有机染料；(3) 基于苯并三唑的有机染料；(4) 基于二噻吩并苯的有机染料；(5) 基于并噻唑的有机染料；(6) 基于噻吩齐聚物的有机染料。. 我们利用所制备的有机敏化染料组装了染料敏化太阳能电池，其中有5个新染料组装染料敏化电池后效率超过了8%，最高效率达到8.6%，基于准固态电解质的电池效率最高达到7.1%，而且电池在经过1000小时太阳光照射后效率不衰减。这些结果说明我们通过有机染料分子结构设计和优化，成功制备出了高效率长寿命的新型染料敏化太阳能电池材料。. 目前已发表或接收的署有本项目课题号（50903020）的SCI文章共15篇；另外还有2篇署有本项目课题号的SCI文章正在审稿中以及多篇文章正在整理中；此外，还申请了与该项目直接相关的中国专利2项。