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含苯并噻二唑基染料<b>RK-1</b>的染料敏化太阳能电池工作电极中的染料聚集、光结构重组及多重并发染料···TiO<sub>2</sub>结合模式

DOI：10.1021/acsaem.9b01666 期刊：ACS Applied Energy Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 染料敏化太阳能电池（DSSCs）被广泛视为下一代光伏器件的有力竞争者。该电池中的光捕获组分——敏化剂吸附于半导体层形成光电极，用于吸收太阳能并转化为电能。染料的选择对DSSC性能具有深远影响，因此过去数十年间科研人员投入大量精力研发和测试各类敏化剂。本文重点研究无金属苯并噻二唑基染料2-氰基-3-(4-(7-(5-(4-(二苯胺基)苯基)-4-辛基噻吩-2-基)苯并[c][1,2,5]噻二唑-4-基)苯基)丙烯酸（RK-1），该染料展现出优异的功率转换效率与高稳定性。我们通过模拟与实验相结合的方法，系统研究了其光学与结构特性：RK-1在可见光区呈现宽吸收带并在溶液中形成H聚集体；当染料吸附于TiO?时，其氰基丙烯酸基团发生去质子化作用，导致吸收带发生蓝移；发射光谱显示宽谱带与大斯托克斯位移（6949 cm?1），表明激发过程中存在多种结构重组过程。时变密度泛函理论（TD-DFT）计算表明RK-1分子的分子内电荷转移主要源于HOMO-LUMO跃迁；DFT建?；菇沂玖饲杌斡隩iO?锚定的作用机制，使染料-TiO?结合结构更稳定。傅里叶变换红外光谱数据证实，RK-1···TiO?界面结构中同时存在桥联双齿（BB）与COO/CN（A2）两种结合模式。
作者： Hao Chen，Yun Gong，álvaro Vázquez‐Mayagoitia，Jun Zhang，Jacqueline M. Cole
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究无金属苯并噻二唑基染料RK-1的光学与结构特性及其在染料敏化太阳能电池(DSSCs)中与TiO2的相互作用，以理解其高功率转换效率与稳定性的成因。

研究成果

RK-1染料在染料敏化太阳能电池（DSSC）应用中展现出优异特性，包括宽吸收范围、高效电荷转移能力以及与二氧化钛（TiO2）的稳定结合。该研究揭示了染料与TiO2界面存在多种共存结合模式，这对理解和提升DSSC性能至关重要。

研究不足

该研究聚焦于RK-1染料的特性及其与二氧化钛的相互作用，但未探讨其对其他染料或太阳能电池构型的普适性。计算模型可能无法完全捕捉染料...二氧化钛界面动态的所有方面。

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