新型D-A-π-A体系高效纯有机太阳能电池敏化染料

Organic D-A-π-A Solar Cell Sensitizers with Improved Stability and Spectral Response

作为传统无机光伏器件的替代产品,染料敏化太阳能电池因为其高性价比正受到越来越多的重视。最新出版的一期Advanced Functional Materials期刊中,报道了华东理工大学田禾教授的研究小组及复旦大学的合作者们在纯有机敏化染料(sensitizer)方面的研究进展。

具有给体-π桥联-受体(D-π-A) 构型的纯有机敏化染料已成为发展主流,其给体基团 (donor)和受体基团(acceptor)的选择性使用,直接影响分子内电荷的极化及分子内电荷的转移(Intramolecular Charge Transfer),这与其吸收带的吸收波长及摩尔消光系数、HOMO和LUMO轨道的能级密切相关。

最近,华东理工大学的田禾教授、朱为宏同复旦大学的王忠胜教授等在传统的D-π-A纯有机敏化染料基础上,新引入额外的强吸电子基团苯并噻二唑作为受体基团,作为起促进给体的电荷分离“阱(electron trap)”的作用,在此基础上发展出了新型D-A-π-A体系的高效率纯有机太阳能电池敏化染料。他们的研究发现,通过引入额外的强吸电子基团苯并噻二唑,起到促进给体的电荷分离“阱”的作用,使得敏化染料在多方面的性能都得到了提高:如减弱去质子引起的吸收蓝移效应、红移分子吸收光谱,以及增强染料中间体最终敏化剂的光稳定性等。优化的器件效率最高的短路电流密度 (Jsc) 为17.7 mA∙cm-2,开路电压 (Voc) 为650 mV,填充因子 (FF) 为0.76,最终总的光电效率 (η) 为8.7%。准固态电池短路电流密度 (Jsc) 为14.4 mA∙cm-2,开路电压 (Voc) 为615 mV,填充因子 (FF) 为0.74,最终总的光电效率 (η) 为6.6%;而且在经过1000 h的可见光照后,其转换效率仍保持为初始值的90%,表现出很好的稳定性。

W. Zhu et al., Adv. Funct. Mater. 2011, DOI: 10.1002/adfm.201001801

撰稿:华东理工大学化学与分子工程学院

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