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新型四锚定A2-D-D-D-A2结构敏化剂的合成与表征，用于高效染料敏化太阳能电池

DOI：10.1016/j.solener.2020.01.040 期刊：Solar Energy 出版年份：2020 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 设计、合成并表征了新型无金属有机染料TET(RA)4、TET(CA)4和TET(QA)4作为染料敏化太阳能电池（DSSCs）的有效敏化剂。这些新型推拉式敏化剂采用由3,4-乙撑二氧噻吩和两个三苯胺分子连接形成的TPA-EDOT-TPA（TET）供电子基团，直接连接四锚定基团（A）构成A2-D-D-D-A2结构，未使用任何π间隔基。通过三种不同锚定基团系列——罗丹明-3-乙酸（RA）、氰基乙酸（CA）和2-甲基喹啉-6-羧酸（QA），研究了锚定基团对DSSCs电化学、热力学、动力学及光伏效率的影响。其中TET(QA)4器件展现出最高综合性能：光电转换效率（PCE）达5.13%，短路电流密度（JSC）为12.71 mA·cm?2，开路电压（VOC）0.62 V，填充因子（FF）65.36%，最大入射光子转换效率（IPCE）75%。光学与电化学研究表明，相比TET(RA)4和TET(CA)4，TET(QC)4具有更高的电子注入自由能（ΔG°inj）和重组电阻（Rrec），这解释了含喹啉-6-羧酸（QC）锚定基团的TET(QC)4具有优异电荷分离能力和更高PCE。DFT与TD-DFT分子模拟显示有效电荷分离：最高占据分子轨道（HOMO）离域在整个供体骨架（TPA-EDOT-TPA）上，最低未占分子轨道（LUMO）仅离域在供体体系同侧的两个锚定基团上，形成强HOMO-LUMO重叠及与TiO2纳米颗粒表面的紧密电子耦合以促进电子注入。计算所得能隙（E0-0）值及基态/激发态氧化电位与实验结果完全吻合。
作者： Islam M. Abdellah，Ahmed El-Shafei
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

设计、合成并表征新型无金属有机染料作为染料敏化太阳能电池（DSSCs）的有效敏化剂，并研究不同锚定基团对其电化学、热力学、动力学及光伏效率的影响。

研究成果

该研究成功设计并合成了用于染料敏化太阳能电池(DSSCs)的新型无金属有机染料，证明锚定基团的结构是实现高效的关键。TET(QA)4因其更高的电子注入自由能和抗复合能力表现出优异性能，有望成为高效DSSCs的候选材料。

研究不足

该研究聚焦于染料敏化太阳能电池新型染料的合成与表征，但未涉及实际工况下的长期稳定性或工业应用的可扩展性问题。

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