通过供体-受体染料多环杂芳烃的横向π延伸调节半透明太阳能电池的调色板

摘要： 具有可调色彩与透明度的耐用太阳能电池在建筑光伏一体化应用中极具前景。本文采用含多环杂芳烃（6,12-二氢茚并[1,2-b]茚并[2',1':4,5]噻吩并[2,3-d]噻吩(IT2)、7,15-二氢苯并[6',7']茚并[2',1':4,5]噻吩并[3,2-b]苯并[6,7]茚并[2,1-d]噻吩(BIT2)、7,15-二氢苯并菲并[1,2-b]苯并菲并[2',1':4,5]噻吩并[2,3-d]噻吩(PT2)及9,19-二氢苯并[1',10']菲并[3',4':4,5]噻吩并[3,2-b]苯并[1,10]菲并[3,4-d]噻吩(BPT2)）的给体-受体有机染料U3、U4、U5和R6制备半透明染料敏化太阳能电池(DSSCs)。基于U3、U4、U5和R6的电池分别呈现金麒麟色、深红色、红色和蓝宝石蓝色，在AM1.5G条件下功率转换效率分别为3.5%、8.2%、7.6%和10.1%。密度泛函理论计算与伏安测量表明，多环杂芳烃的横向π扩展使最低未占分子轨道下移，从而获得高摩尔消光系数、低能隙的蓝色染料。对染料修饰二氧化钛和氧化铝薄膜的飞秒荧光衰减测量揭示了光激发染料分子的电子注入产率，该参数与DSSCs外量子效率最大值高度相关。经60℃全日照浸泡1000小时后，红蓝两色DSSCs仍保持稳定光电流，这归因于吸附在二氧化钛表面的染料分子具有强键合性与光化学稳定性，以及接近100%的电子收集产率得以维持。