用于染料敏化太阳能电池的烷基包裹非对称方酸菁染料：支链烷基调节染料聚集与电荷复合过程

摘要： 除选择合适的阳极、染料、电解质和阴极材料外，界面处的电子转移过程决定了提升染料敏化太阳能电池（DSSC）开路电压（Voc）和短路电流（Jsc）等光伏参数的关键因素。染料-二氧化钛界面低效的电荷注入过程以及二氧化钛-染料/电解质界面的电荷复合现象，对提升Jsc和Voc均产生不利影响。因此，调控改善Jsc和Voc的决定性因素是获得具有优异器件效率理想敏化剂的最佳途径。 方酸菁染料作为远红活性两性离子染料，因其较大的偶极矩而具有高摩尔消光系数和独特的聚集特性。本研究报道了一系列不对称方酸菁染料SQS1至SQS6，通过系统改变远离锚定基团的吲哚啉单元sp3-C和N原子上的烷基链，调控二氧化钛表面的染料间相互作用。支链烷基不仅有助于调节敏化剂在二氧化钛表面的自组装，还能钝化表面以抑制电荷复合过程。 染料敏化二氧化钛电极的光捕获效率（LHE）和循环伏安研究表明：通过系统增加烷基链碳原子数，可分别调控染料分子间的聚集效应与电荷跃迁过程。这种支链烷基的调控使器件效率在无共吸附剂条件下从3.82%提升至6.23%，其中Voc从672 mV（SQS1）增至718 mV（SQS6），Jsc从7.95 mA/cm2（SQS1）提升至12.22 mA/cm2（SQS6）。采用碘（I-/I3-）电解质时，染料SQS4添加共吸附剂鹅去氧胆酸（CDCA）后获得最高效率7.1%（Voc=715 mV，Jsc=13.05 mA/cm2），显著优于同类染料。IPCE谱图分析表明，二氧化钛表面聚集态方酸菁染料是光电流产生的主要贡献来源。