三苯基均三嗪基团调控敏化染料光电性能的理论研究

王琳硕, 李昆杰, 刘玉敏, 赵瑞红, 李 青, 钱 鑫, 张 帆, 薛志伟

(河北科技大学化学与制药工程学院, 石家庄 050018)

太阳能[1]因其清洁和可持续发展性成为了应对能源危机的首选. 1991年, Grätzel等[2]首次制备出敏化染料太阳能电池(DSSCs), 提供了一种新的太阳能电池的研究方法. 在多种仿照自然界光合作用设计的DSSCs应用中, Mathew等[3]合成的钌(Ⅱ)系敏化剂转换效率较高, 达到11.9%, 并在进行卟啉基染料共敏化时, 电池效率接近13%. 但钌系光敏化剂存在制备过程污染严重及制备成本高等缺点[4]. 纯有机敏化染料由于原料成本低及环境友好等优异性能[5,6]而具有良好的发展潜力.

大多数纯有机敏化染料采用供体-共轭π桥-受体(D-π-A)电子推拉结构[7], 其制备的电池器件存在稳定性欠佳、近红外区光响应范围窄、开路电压(VOC)低及电子寿命短等缺点. 为提高电池效率, Zhu等[8]发现苯并噻二唑作为额外的吸电子单元、噻吩为π桥的D-A-π-A型染料WS-2(吲哚啉为电子给体)和WS-4(三苯胺为电子给体)表现出更好的捕光效率和转化性能, 理论计算结果表明, D-A-π-A型比D-π-A型染料具有更宽的光谱吸收范围. Wu等[9]通过在染料WS-2中苯并噻二唑和噻吩之间增加正己基噻吩单元设计合成了WS-9, 在高光电流密度(18.00 mA/cm2)下能量转换效率达到9.04%, 这是由于正己基噻吩单元增加了电池的电子注入寿命和电荷复合电阻. Fernandes等[10]发现将染料WS-4与N719共敏化可以提高电池的能量转化性能. 基于D-A-π-A型, Wang等[11]对卟啉骨架进行修饰加工, 通过引入亚乙炔基桥和引入额外的烷氧基链, 光……