[01228023]高效有机光敏化太阳能电池研究

能源短缺和环境污染愈来愈制约着未来社会的可持续发展,太阳能等可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向。1991年,新型太阳能电池-染料敏化太阳能电池（DSSC）在模拟太阳光的照射下获得了7.9％的光电转换效率。该类电池与传统的晶硅类太阳能电池相比,它的加工工艺简单,制造成本低廉,这为太阳能电池的大规模应用开辟了新途径。此后,DSSC成为太阳能光伏应用领域的研究热点。 DSSC主要由纳米多孔TiO2薄膜、光敏染料、电解质和对电极四个部分组成。光敏染料吸收太阳光产生激子,并注入到半导体中,对DSSC的光电转换效率有着极为重要的影响。光敏化剂可以分为金属有机光敏化剂和纯有机光敏化剂,纯有机光敏化剂具有摩尔吸光系数高、结构多样,易于纯化等优点。设计、合成高效有机光敏化剂成为染料敏化太阳能电池领域的研究热点。 本研究以有机芳胺光敏化剂为研究对象,旨在开发高效、稳定的有机芳胺光敏剂,并探索这类光敏剂和DSSC中电解质相互作用的机理。该研究可以有机光敏剂的设计与合成提供理论和实验依据,开展了大量与有机光敏剂相关的机理研究,具有重要的理论意义。 我们设计、合成了系列有机光敏剂,应用于染料敏化太阳能电池中,获得9.7%的光电转换效率。系统研究了有机光敏剂与电池效率的构效关系,探索了光敏剂在太阳能电池中的作用机理,为低成本、高效率的染料敏化太阳能电池制备奠定了坚实基础。研究成果在Chemistry of Materials, Chemical Communications, Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Materials ＆ Interfaces, The Journal of Physical Chemistry C, Organic Letters等刊物上发表。 创见与创新如下： （1） 采用三聚茚为供电基团,构筑新型三芳胺化合物,制备了系列三聚茚基三芳胺有机光敏剂,并应用于含钴配合物电解质体系的染料敏化太阳能电池,为建立和发展基于钴配合物电解质体系的有机光敏剂研究领域奠定理论基础并提供技术支撑。 （2） 建立了非对称型三芳胺有机光敏剂构筑的策略,有效实现对有机光敏剂分子能级的精确调控,为开展基于钴配合物电解质体系的有机光敏剂研究开辟了新方向。 （3） 制备了系列新型氮吡咯二噻吩共轭桥,为推动氮吡咯二噻吩共轭桥在光敏剂中的应用做出了贡献。 （4）所制备的光敏染料M60的光电转换效率达到9.75%,达到国内先进水平。