Solar RRL:有关光电材料卟啉发色团分子设计演化的最新综述

能源作为世界上最珍贵的资源之一,为人类的所有活动和社会经济发展提供了最为基础的要素。随着工业化的急剧扩张,在不远的将来,对于能源的需求只会比今日更甚。和传统能源相比,太阳能成为可持续化发展最为重要的领域之一。染料敏化太阳能电池(DSSCs)凭借其低成本、半透明、易制备、还可有效利用室内弱光作为光源转化成电能的特性,从众多不同种类的太阳能电池中脱颖而出。如下图所示的锌卟啉(ZnPs)作为有效的DSSCs发光团吸引了很多科研者的注意。基于优化ZnPs分子结构和电池材料的敏化太阳能电池,光电转化效率已经达到了13%。近期,科研工作者开始将ZnPs用于体异质结太阳能电池(BHJ SCs)的研究中。于此,来自波兰和美国的科学家Obraztsov博士、Kuner教授,和D’Souza教授将近期有关ZnPs分子设计演化应用在DSSC领域的工作和小分子和聚合物ZnP给体在BHJ SCs中应用的工作,收集整理成为这篇最近的综述。

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作者首先分别概述了DSSCs和 BHJ SCs的工作机理,并以此来言明目前科研的瓶颈所在何处。比如,在DSSCs中,染料分子最低未占用的分子轨道(LUMO)的能级,过渡金属氧化物(MO)的费米能级以及电荷介体的氧化还原电位都会影响开路电压的阈值;与此同时,MO表面染料分子的富集程度,染料吸光效率等等也都会限制短路电流的阈值。这几位科学家分几步深入讨论了功能化设计卟啉分子结构是如何提高这两类太阳能电池的性能: 1) 设计卟啉分子结构。2)功能化设计卟啉外消旋取代基,这其中包括有取代基(在不同内消旋取代基位置)和无取代基的情况。作者还表达了对未来研究方向的深入见解:对于DSSCs,可以优化电池结构、染料分子和电解液,而BHJ SCs则更多侧重在给体分子设计、缓冲层和电池结构的优化。这篇综述以其对于DSSCs和BHJ SCs机理的深入理解分析,及时地为此领域的科研者做出了卓越的贡献。相关论文在线发表在Solar RRL (10.1002/solr.201600002)上。

pei dong

董培,现任莱斯大学材料和纳米工程系博士后。本科毕业于南开大学微电子系,博士毕业于莱斯大学机械系。主要从事新型材料的合成以及其在能源和水处理领域的应用。