三苯基均三嗪基團調(diào)控敏化染料光電性能的理論研究

王琳碩, 李昆杰, 劉玉敏, 趙瑞紅, 李 青, 錢 鑫, 張 帆, 薛志偉

(河北科技大學化學與制藥工程學院, 石家莊 050018)

太陽能[1]因其清潔和可持續(xù)發(fā)展性成為了應對能源危機的首選. 1991年, Gr?tzel等[2]首次制備出敏化染料太陽能電池(DSSCs), 提供了一種新的太陽能電池的研究方法. 在多種仿照自然界光合作用設計的DSSCs應用中, Mathew等[3]合成的釕(Ⅱ)系敏化劑轉(zhuǎn)換效率較高, 達到11.9%, 并在進行卟啉基染料共敏化時, 電池效率接近13%. 但釕系光敏化劑存在制備過程污染嚴重及制備成本高等缺點[4]. 純有機敏化染料由于原料成本低及環(huán)境友好等優(yōu)異性能[5,6]而具有良好的發(fā)展?jié)摿?

大多數(shù)純有機敏化染料采用供體-共軛π橋-受體(D-π-A)電子推拉結(jié)構(gòu)[7], 其制備的電池器件存在穩(wěn)定性欠佳、近紅外區(qū)光響應范圍窄、開路電壓(VOC)低及電子壽命短等缺點. 為提高電池效率, Zhu等[8]發(fā)現(xiàn)苯并噻二唑作為額外的吸電子單元、噻吩為π橋的D-A-π-A型染料WS-2(吲哚啉為電子給體)和WS-4(三苯胺為電子給體)表現(xiàn)出更好的捕光效率和轉(zhuǎn)化性能, 理論計算結(jié)果表明, D-A-π-A型比D-π-A型染料具有更寬的光譜吸收范圍. Wu等[9]通過在染料WS-2中苯并噻二唑和噻吩之間增加正己基噻吩單元設計合成了WS-9, 在高光電流密度(18.00 mA/cm2)下能量轉(zhuǎn)換效率達到9.04%, 這是由于正己基噻吩單元增加了電池的電子注入壽命和電荷復合電阻. Fernandes等[10]發(fā)現(xiàn)將染料WS-4與N719共敏化可以提高電池的能量轉(zhuǎn)化性能. 基于D-A-π-A型, Wang等[11]對卟啉骨架進行修飾加工, 通過引入亞乙炔基橋和引入額外的烷氧基鏈, 光……