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低成本、高轉換效率、效率可預測的DSSC小分子有機染料
發布:blast_k   時間:2019/5/28 12:20:33   閱讀:341 
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作為第三代太陽能電池的主要分支之一,染料敏化太陽能電池(DSSC)問世近三十年來,由于其成本低廉、易于修飾等優點一直受到廣泛的關注。研究初期,DSSC的染料主要為含釕配合物。雖然實現了較高的光電轉換效率,但貴金屬釕的使用使其成本較高的同時也不利于環保。因此,相關研究人員的目光轉向了無貴金屬的有機染料開發。卟啉類和N-稠芘類染料因其優異的性質,與其相關的研究不斷見諸報道。但是這類染料由于結構復雜,需要很長的合成步驟(常常需要十步以上),其總合成產率很低,合成成本較高,限制了其實際應用。如果能夠開發出易于合成的高效染料,對于DSSC的產業化將有重要的意義。

近期,南京理工大學的方敬坤課題組與中科院福建物質結構研究所龐愛英副研究員以及中山大學邵光副教授等合作,報道了一系列以雙(4-苯乙烯基)苯基氨基作為電子給體的新型小分子有機染料(SMOD)FWD4~FWD6。該系列染料由廉價的4-溴三苯胺出發,經4步反應合成得到,總產率為13~39%,合成成本僅為38~125元/克,遠低于明星染料N719和YD2,是一類十分廉價的有機染料。該系列染料由于不含稠環單元,最大吸收波長最大僅為461 nm,卻在較窄的光譜吸收范圍下實現了最高7.62%的光電轉換效率。


 
最為值得關注的是,該系列染料分子的密度泛函理論(DFT)計算結果表明,分子偶極矩(μ)與組裝的DSSCs器件的光電轉換效率(η)之間存在著近乎完美的線性關系(η = 0.817μ – 0.370, R2 = 0.999)。采用另外兩種器件組裝條件,同樣得到了良好的線性關系,表明這并非偶然現象。通過分析已見報道的研究,作者發現,對于結構相似度高的有機染料分子,分子的偶極矩與DSSC的光電轉換效率確實存在著明顯的線性關系。這應該是因為結構相近的分子具有類似的行為,從而分子偶極矩成為了影響光電轉換效率的直接因素并表現出良好的線性關系。論文研究成果為通過理論計算來預測光電轉換效率揭開了巧妙的一頁。

這一成果近期發表在Solar RRL上,并被選為封面文章(Front Cover)。論文的共同第一作者分別是南京理工大學本科生應昕彤、劉逸飛和凌俐。

來源:X-MOL

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