环金属化染料的合成及在染料敏化太阳电池中的应用

低价、高效、长寿的染料敏化太阳电池的研究将为人类大规模使用绿色可再生能源带来希望。染料对该电池光电转化效率具有举足轻重的作用。本项目将结合含时密度泛函计算，创新的设计宽光谱响应、高摩尔消光系数、长期光热稳定的环金属化染料，着重染料的能级工程和分子工程研究，设计合理路线，低成本、高收率制备光电子纯度级染料。通过电化学、吸收和发射光谱、紫外光电子能谱测定染料的能带结构，使用衰减全反射红外光谱和瞬态吸收光谱研究染料在纳米晶表面的吸附姿态和界面电荷转移动力学，制备高效的染料敏化太阳电池，研究器件长期服役条件下的演化规律，理解器件光捕获、界面电荷分离、电荷收集等基本物理过程，为进一步高性能染料开发奠定基础。

染料敏化太阳电池正逐渐成为未来低碳经济中低成本太阳能利用最具吸引力的选择之一。结合量化计算，通过系统的能级工程，我们研发出多种高吸收系数环金属化染料，并成功将其应用于发展高效染料敏化太阳电池。制备出功率转换效率达10.1%的染料敏化太阳电池，并利用激光诱导瞬态吸收/发射和电阻抗技术，深入理解了该类器件中纳米界面电荷转移和微观尺度电荷传输的机制。通过本项目的实施，为进一步高性能环金属化染料的开发奠定了基础，推动环金属化染料在染料敏化太阳电池中的应用。