不含羧基基团的高效染料敏化剂

世界能源的潜在危机和生态环境的不断恶化,促使太阳能成为世界各国都在积极开发和利用的可再生资源。染料敏化太阳能电池(DSSCs)主要是模仿光合作用原理,通过染料敏化纳米半导体把太阳能转化为电能。其制造工艺简单、材料来源丰富、并且绿色环保,因此引起广泛关注。

染料敏化剂是DSSCs的光捕获天线,是整个DSSCs系统的核心部分,对于提高DSSCs的光电转换效率具有非常重要的意义。性能较好的有机染料敏化剂一般由电子给体、π共轭桥链和电子受体三部分(D-π-A)组成。其中分子受体基团最常用的是含羧基基团,如氰基乙酸、绕单宁酸等。染料通过羧基与TiO2相连,但是电池在长时间光照下羧基会在二氧化钛表面解离,降低了染料的稳定性,从而使其开发应用受到了一定的制约。

最近,华东理工大学田禾教授与花建丽教授课题组报道了一种新型的电子受体-2-(1,1-二氰亚甲基)罗丹宁(DCRD)。与传统的羧基受体相比,DCRD具有以下三个主要特点:(1)DCRD基团含有罗丹宁和二氰基两个强吸电子基团,有效地拓宽了染料的吸收光谱;(2)DCRD基团能发生互变异构,染料可通过异构体中罗丹宁基团的氧原子和氮原子与二氧化钛纳米颗粒表面螯合,形成配位键,提高了材料的稳定性;(3)与二氧化钛螯合的基团位于染料分子的中部,缩短了分子内电子转移的距离,从而有效地改善了电子注入效率。其中基于染料敏化剂RD-II电池的光电转换效率(h)达到了7.11%。并且,经过长达1000小时的光照测试后,基于DCRD受体的染料敏化剂的光电转换效率未发生显著变化,展现出良好的稳定性。

这一受体的发现将对今后发展取代氰基乙酸作为新颖电子受体而获得更稳定的高效新型宽光谱染料敏化剂提供了一个全新的思路。