抑制染料敏化太阳电池电子回传的基础研究

本项目拟设计和合成锥型结构敏化剂和构建多层级联式光阳极，以实现抑制半导体导带电子与氧化态染料以及电解质碘三离子的复合。通过染料的锥型结构设计，在半导体表面形成一敏化剂致密层，在减少敏化剂的π-π堆积降低氧化态染料与激发态电子的自身复合的同时，最重要的是可抑制碘三离子向TiO2导带的扩散，从而降低导带电子与电解质氧化还原对的复合。对于电子回传的抑制，敏化剂的结构设计是一方面，对于复杂的超高比表面积纳米晶多孔膜来说，非常有必要采取措施弥补其大量的表面缺陷和势阱。而级联式半导体电极的构建，在半导体界面间形成能级的阶梯状分布，使激发态敏化剂电子实现级联式注入，再加上界面势垒的存在，可提高电子的注入效率，降低电子反向复合几率，从而使半导体导带有效电子密度增加，使费米能级上移，提高半导体/ITO界面的电子收集效率和器件的开路电压。

本项目的主要工作集中在新型非金属纯有机光敏染料的结构设计和光电性能表征，在寻求分子结构与光伏性能间的必然联系的同时，通过从三维立体结构设计，降低电子反向复合几率，从而使半导体导带有效电子密度增加，使费米能级上移，提高半导体/ITO界面的电子收集效率和器件的开路电压。比如将二噻唑共轭桥引入基于三苯胺衍生物为电子给体和氰基乙酸为电子受体的的光敏染料中，大幅提高其开路电压，将其提高至810mV，超过标准染料N719 60mV。另外，我们还尝试通过共吸附剂抑制染料在纳米TiO2表面的聚集，设计新型硅基离子液体用于染料敏化太阳电池的电解质体系，由于离子液体的超低的蒸汽压、大的电化学窗口和高的离子导电性，因而不易挥发和氧化，在改善染料光伏性能的同时，可提高光伏器件的稳定性。