染料敏化太阳能电池中额外给体引入对经典D-π-A型敏化剂性能影响的理论研究

为了探讨D-D-π-A型染料中双给体对敏化剂性能的影响,本文结合密度泛函理论（DFT）及含时密度泛函理论（TD-DFT）对染料1-4的几何结构、电子结构、吸收光谱、电化学性质、电子复合程度以及半导体导带边缘的移动等进行了对比研究.结果表明,相比于经典的D-π-A型染料分子1,在分子2-4（D-D-π-A型双给体染料）中额外引入给体,尽管对导带能级移动的改变不是很显著,但是可以改变体系的共轭程度,增加染料的光吸收强度.重要的是,额外给体的引入可以显著增加染料阳离子空穴-半导体之间的距离,从而减缓注入电子与染料阳离子的复合;在额外给体中引入杂原子可以使I2聚集在染料外侧,从而降低电解质在半导体表面的局域浓度,进而减缓注入电子与电解质之间的复合速率.因此,通过在经典的D-π-A型染料上引入额外的电子给体构筑D-D-π-A型染料可以有效调节染料的光吸收、电化学及电子复合等方面的性质,是设计合成高性能染料的可行策略.

吩噁嗪-吩噻嗪基双D染料的光伏性能研究

将N-苯基吩噁嗪单元连在吩噻嗪单元的7号位上,以噻吩为π单元,氰基乙酸为A单元,构成一种新型的D-D-π-A型染料分子PTZ-4。通过光物理和电化学性能测试,分析染料分子的光捕获能力和分子能级分布。同时,将PTZ-4染料应用到DSSC中,测试器件光伏性能。结果表明,该染料在可见光区有着较好的光捕获能力,在300~500 nm间有较大的吸收。分子的能级符合DSSC的要求,且其器件的光电转换效率为4.18%。