太陽(yáng)能是一種清潔高效、儲(chǔ)量豐富的可再生能源，利用太陽(yáng)能的一條重要途徑是把光能轉(zhuǎn)化為電能。作為太陽(yáng)能電池家族的重要成員，染料敏化太陽(yáng)能電池具有光電轉(zhuǎn)化效率高、制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，引起了專(zhuān)家的廣泛關(guān)注。光電轉(zhuǎn)換效率是衡量電池性能的重要參數(shù)，而用于捕獲光能的敏化劑對(duì)電池效率起著決定性作用。作為自然界光合作用中心的核心組分，卟啉具有很高的摩爾吸收系數(shù)和易于系統(tǒng)修飾的結(jié)構(gòu)，在光能捕獲和能量轉(zhuǎn)換方面有著特殊的優(yōu)勢(shì)，但其在近紅外區(qū)和500 nm 左右存在明顯的吸收缺陷。針對(duì)該問(wèn)題，本研究在卟啉分子中引入一個(gè)額外的炔鍵來(lái)擴(kuò)展分子的共軛結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)染料在近紅外區(qū)的吸收，并在與該炔鍵相連的苯基上引入烷氧基鏈來(lái)抑制引入炔鍵導(dǎo)致的染料分子間聚集效應(yīng)。此外，研究還進(jìn)一步設(shè)計(jì)、合成了一個(gè)吸收峰在500 nm 左右，并具有較大開(kāi)路電壓的純有機(jī)小分子染料，作為卟啉染料的共敏化劑，有效彌補(bǔ)了卟啉染料在500 nm 左右的吸收缺陷。通過(guò)上述卟啉染料結(jié)構(gòu)優(yōu)化和共敏化的綜合策略，最終可同時(shí)提高電池的短路電流和開(kāi)路電壓，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)10.45% 的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，本文所發(fā)展的卟啉敏化劑均以咔唑基團(tuán)為電子給體，突破了高效卟啉染料常用的二苯胺電子給體的局限，為發(fā)展含不同電子給體的高效卟啉染料、進(jìn)一步提高電池效率提供了新的思路。
 

本研究工作的完成得益于田禾院士團(tuán)隊(duì)在染料敏化太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的長(zhǎng)期積累和團(tuán)結(jié)協(xié)作的科研氛圍，是在國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市東方學(xué)者特聘教授項(xiàng)目和教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才等項(xiàng)目的資助下完成的。