将噻吩基与N-环化苝染料融合及其在染料敏化太阳能电池中的光伏参数

摘要： 由于染料在染料敏化太阳能电池（DSSCs）中的关键作用，设计新型染料敏化剂是提升光电转换效率的有效策略。为此，核心问题在于理解敏化剂分子结构、光电特性与光伏性能三者间的关联。本研究一方面通过计算典型有机染料敏化剂C276、C277、C278及其在TiO?团簇上吸附体系的几何构型、电子结构与激发态（重点考察N-并环苝类高性能染料），发现噻吩环并入N-并环苝可提升最高占据分子轨道（HOMO）能级、减小轨道能隙、增加态密度、扩展HOMO至苯并噻二唑单元、增强电荷转移激发、延长荧光寿命、提高光捕获效率并引发吸收光谱红移。吸附体系的跃迁构型与分子轨道分析表明，此类染料基DSSCs的电子注入属于快速模式。另一方面通过系统分析这些染料敏化剂及吸附体系的电子结构与激发特性，提出开路电压和短路电流密度的新型描述符，建立了光伏参数与电子结构相关特性的定量关联桥梁。本研究成果对设计新型太阳能电池染料敏化剂具有重要指导意义。