东理工大学染料敏化太阳能电池 (DSSCs) 研究领域取得重要进展

东理工大学化学与分子工程学院解永树教授在染料敏化太阳能电池 (DSSCs) 研究领域取得重要进展，最新研究成果“Efficient Solar Cells Sensitized by Porphyrins with Extended Conjugation framework and a Carbazole Donor: from Molecular Design to Cosensitization” 发表于德国应用化学杂志 (Angew. Chem. Int. Ed. 2014，链接：http://dx.doi.org/10.1002/anie.201406190)。该研究工作是由博士生王跃强等在解永树教授的指导下完成的。太阳能是一种清洁高效、储量丰富的可再生能源，利用太阳能的一条重要途径是把光能转化为电能。作为太阳能电池家族的重要成员，染料敏化太阳能电池具有光电转化效率高、制作工艺简单等优点，引起了专家的广泛关注。光电转换效率是衡量电池性能的重要参数，而用于捕获光能的敏化剂对电池效率起着决定性作用。作为自然界光合作用中心的核心组分，卟啉具有很高的摩尔吸收系数和易于系统修饰的结构，在光能捕获和能量转换方面有着特殊的优势，但其在近红外区和500 nm 左右存在明显的吸收缺陷。针对该问题，本研究在卟啉分子中引入一个额外的炔键来扩展分子的共轭结构，增强染料在近红外区的吸收，并在与该炔键相连的苯基上引入烷氧基链来抑制引入炔键导致的染料分子间聚集效应。此外，研究还进一步设计、合成了一个吸收峰在500 nm 左右，并具有较大开路电压的纯有机小分子染料，作为卟啉染料的共敏化剂，有效弥补了卟啉染料在500 nm 左右的吸收缺陷。通过上述卟啉染料结构优化和共敏化的综合策略，最终可同时提高电池的短路电流和开路电压，实现了高达10.45% 的光电转换效率。此外，本文所发展的卟啉敏化剂均以咔唑基团为电子给体，突破了高效卟啉染料常用的二苯胺电子给体的局限，为发展含不同电子给体的高效卟啉染料、进一步提高电池效率提供了新的思路。 本研究工作的完成得益于田禾院士团队在染料敏化太阳能电池领域的长期积累和团结协作的科研氛围，是在国家自然科学基金、上海市东方学者特聘教授项目和教育部新世纪优秀人才等项目的资助下完成的。