染料敏化太阳电池工作中界面电荷转移过程的研究

本项目将以获取染料敏化太阳电池工作条件下的界面电荷转移动力学信息为目标，利用LED光源作为偏置光，获得不同光强下处于工作状态的电池，并对其相关的动力学开展探测。本项目拟从电子注入、染料再生、载流子输运和电荷复合（包括同氧化态染料和氧化还原电对中的氧化物种之间的反应）等过程入手，解析在工作条件下电子在电池中各个界面上的迁移过程，深入理解电荷迁移对器件光电流和光电压的调控程度。本研究将对原有的实验方法做进一步改进，升级实验平台，以诊断器件工作时电池内发生的光物理和光化学过程，为今后设计分子，改进器件性能提供理论基础和实验依据。

在研究染料敏化太阳电池中界面电荷转移过程中，新型材料的合成、器件结构的改进离不开对材料本身的光物理特性及电池中电荷转移机制的详细理解。本项目针对有机共轭分子及对吸附有机共轭分子的TiO2纳米晶薄膜的光致激发动力学进行了理论和实验研究，获得了如下的研究成果：（1）建立了飞秒瞬态吸收光谱研究系统，其精度和国际上报道的同类系统精度相同；（2）研究了一系列具有不同π共轭基团的给受体结构的分子，发现它们中的一些具有电荷转移态（光致激发之后的中间态）；（3）随着π共轭基团的延伸，吸收光谱得以拓宽，其分子内电荷转移特性和分子间相互作用明显增强；（4）当分子吸附在TiO2纳米晶薄膜上时，直接吸附的染料分子受激后电荷会转移到TiO2纳米晶中，而另一部分通过分子间相互作用吸附在染料分子上的其余染料分子则会退激到基态，故一味增加π共轭基团虽然可以拓宽光谱，但也会在一定程度上影响器件性能；（5）具有光子晶体结构和等离子体激元特性的电池，其性能会有一定的提高，为了探索这类新型电池中的电荷转移特性，我们开展了一部分光子晶体和等离子体激元调控有机共轭分子光物理特性的工作，为进一步研究它们对电荷转移工作产生的影响奠定基础；（6）将研究工作拓展到聚合物异质结领域，针对其中的热激子解离过程和辐照强度依赖的双分子复合过程开展了初步的探索工作。