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低成本、高转换效率、效率可预测的DSSC小分子有机染料
发布:blast_k   时间:2019/5/28 12:20:33   阅读:327 
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作为第三代太阳能电池的主要分支之一,染料敏化太阳能电池(DSSC)问世近三十年来,由于其成本低廉、易于修饰等优点一直受到广泛的关注。研究初期,DSSC的染料主要为含钌配合物。虽然实现了较高的光电转换效率,但贵金属钌的使用使其成本较高的同时也不利于环保。因此,相关研究人员的目光转向了无贵金属的有机染料开发。卟啉类和N-稠芘类染料因其优异的性质,与其相关的研究不断见诸报道。但是这类染料由于结构复杂,需要很长的合成步骤(常常需要十步以上),其总合成产率很低,合成成本较高,限制了其实际应用。如果能够开发出易于合成的高效染料,对于DSSC的产业化将有重要的意义。

近期,南京理工大学的方敬坤课题组与中科院福建物质结构研究所庞爱英副研究员以及中山大学邵光副教授等合作,报道了一系列以双(4-苯乙烯基)苯基氨基作为电子给体的新型小分子有机染料(SMOD)FWD4~FWD6。该系列染料由廉价的4-溴三苯胺出发,经4步反应合成得到,总产率为13~39%,合成成本仅为38~125元/克,远低于明星染料N719和YD2,是一类十分廉价的有机染料。该系列染料由于不含稠环单元,最大吸收波长最大仅为461 nm,却在较窄的光谱吸收范围下实现了最高7.62%的光电转换效率。


 
最为值得关注的是,该系列染料分子的密度泛函理论(DFT)计算结果表明,分子偶极矩(μ)与组装的DSSCs器件的光电转换效率(η)之间存在着近乎完美的线性关系(η = 0.817μ – 0.370, R2 = 0.999)。采用另外两种器件组装条件,同样得到了良好的线性关系,表明这并非偶然现象。通过分析已见报道的研究,作者发现,对于结构相似度高的有机染料分子,分子的偶极矩与DSSC的光电转换效率确实存在着明显的线性关系。这应该是因为结构相近的分子具有类似的行为,从而分子偶极矩成为了影响光电转换效率的直接因素并表现出良好的线性关系。论文研究成果为通过理论计算来预测光电转换效率揭开了巧妙的一页。

这一成果近期发表在Solar RRL上,并被选为封面文章(Front Cover)。论文的共同第一作者分别是南京理工大学本科生应昕彤、刘逸飞和凌俐。

来源:X-MOL

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