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用于染料敏化太阳能电池的π-扩展顺式构型非对称方酸菁染料：全色响应

DOI：10.1021/acsaem.9b01341 期刊：ACS Applied Energy Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 光吸收敏化剂是第三代光伏技术（如染料敏化太阳能电池DSSC）的核心。尽管无金属有机染料具有较大的消光系数，但其光捕获效率受限于太阳光谱中可见光或近红外区域较窄的吸收范围。虽然有机敏化剂在半导体金属氧化物表面形成单分子层会导致染料间相互作用从而拓宽吸收范围，但研究发现聚集态对光电转换过程的贡献较差。本研究通过调控空间位阻和电子效应，设计出远红光活性π共轭顺式非对称方酸菁染料——以羧酸和环丙烷羧酸为锚定基团，实现了可控聚集与全光谱吸收。sp3-C（平面外）和N-烷基（平面内）基团对调控染料在TiO?电极上的组装起关键作用，顺式方酸菁单元不仅增强可见光跃迁，还能拓展近红外区共轭范围；入射光子-电流转换效率(IPCE)谱图显示锚定基团对全光谱响应的重要性。其中PSQ10染料展现出850 nm起始波长的光能-电能转换性能，器件参数达到7.0%（开路电压Voc=0.581 V，短路电流密度Jsc=17.06 mA/cm2，填充因子FF=70%）。
作者： Punitharasu Vellimalai，Munavvar Fairoos Mele Kavungathodi，Ambarish Kumar Singh，Jayaraj Nithyanandhan
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研究概述 实验方案

研究目的

设计具有羧酸和环丙烷羧酸锚定基团的远红光活性π-扩展顺式不对称方酸菁染料，以实现染料敏化太阳能电池中可控聚集和全光谱光吸收。

研究成果

该研究成功设计出具有可控聚集特性和全光谱吸收能力的π-共轭顺式不对称方酸菁染料。这些染料在染料敏化太阳能电池中表现出优异性能，其中PSQ10实现了7.0%的太阳能-电能转换效率。研究强调了锚定基团和空间位阻因素在实现高效光捕获与电荷注入的染料设计中的重要性。

研究不足

该研究承认由于染料在TiO2表面聚集导致电荷注入效率低下，通过添加共吸附剂CDCA缓解了这一问题。研究发现聚集态对功率转换过程的贡献较差。

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