TPD-亚酞菁组合结构的有机染料的合成与光电性能研究

利用太阳能作为可持续性清洁能源是当前世界性的热点课题，有机染料敏化太阳能电池是最具有发展前景的技术之一，但目前有机染料普遍存在光谱响应范围较窄和易于团聚的局限，成为制约其继续发展的主要瓶颈。本项目拟以高空穴迁移率的TPD与高摩尔吸光系数长波宽吸收的亚酞菁（SubPc）为基本结构单元，设计合成一类新型结构组合的有机染料分子；研究这类新型有机染料的光电性能及相关机理问题如理论模拟电荷转移、分子轨道与二氧化钛导带之间的耦合状况；研究TPD和SubPc之间电子转移和能量转移的规律以及分子激发态、电荷分离态的寿命；通过脱氧胆酸的添加实验，建立抑制分子自团聚的结构条件；通过对不同结构分子光电性能的测定，探求影响转化效率各个参数的重要因素。本项目的实施可望为探索有机染料分子在增强电荷分离、延长激发态寿命及提高效率方面的规律作出贡献，为发展高效率长寿命的有机染料敏化太阳能电池提供一定的理论与实验基础。

染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells, DSSCs）以其结构简单、价格低廉、对环境无污染等优点引起了科研工作者的广泛关注。作为捕获太阳光子的染料敏化剂则是DSSCs的核心成份。用于DSSCs的有机染料一般是推拉型共轭分子，可划分成电子供体（Donor）、π-桥（π-bridge）和电子受体（Acceptor）三部分，即D-π-A分子结构。对这三个部分的进行独立的或同时的变化，可以组合出种类丰富的有机颜料分子，从中筛选性能改进的有机颜料，这是染料敏化太阳能电池研究的主要内容之一。我们设计合成了利用一些特殊结构分子单元作为电子给体、π-桥或电子受体的有机染料分子，通过巧妙的合成方法或路线，建构了TPD电子给体、喹喔啉π-桥和菲咯啉受体的三个系列有机染料，表征和测试了它们的基本理化性质和光电性能，对染料分子结构和性质/性能关系进行了一定的研究。另一方面，共轭结构芳香体系常常是可能的功能材料分子，在合成DSSC有机染料分子的过程中，我们对一些π共轭结构中间体进行某种修饰变化后，得到了一些具有有趣性质的新型有机光电材料。同时由于在合成DSSC有机染料分子中较多涉及过渡金属催化偶联反应，我们利用本基金的资助并着眼于将来的低成本染料制备，开展了基于非贵金属（镍、铜、铁等）催化偶联反应的合成方法的研究并取得一定的结果。通过本项目的研究工作，共发表IF 3.0以上的SCI论文9篇。