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我院科研团队巧妙扭曲分子结构实现器件性能极大提升
来源: 作者:作者:柴兆斐 更新时间:2015-09-06

近日,我院李振和李倩倩研究团队通过精心的微观分子设计,实现了染料敏化太阳能电池器件的性能优化。相关研究工作于2015年7月14日在线发表在Adv. Energy Mater.(《先进能源材料》,http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201500846/abstract;jsessionid=2DC42B4CA0E37AFEDD396BB913843ECD.f02t02)上,影响因子为16.146。

染料敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池,是光电领域的研究热点。其实用化的进程与光电转换效率的高低密切相关。作为此类电池的核心组成部分,染料的结构对其光捕获能力和范围,电子的注入、复合和回传等过程起到了至关重要的作用,直接影响到光电转换效率的高低。对有机染料而言,传统的设计理念认为:分子内共轭程度越高,光捕获能力越强,电子传输和注入越有效,从而可以提高染料的光电转换效率。事实上,染料的平面结构也会不可避免地带来一些负面效应,如:染料分子之间的聚集,电子的复合与回传的加剧等,严重制约了此类电池的发展。

该研究组柴兆斐等同学通过合理的分子设计以控制染料构建单元之间的二面角,进而调节分子内共轭程度,制备了一系列极度扭曲的有机染料,得到了一些有别于传统认知的结论:染料分子中局部的共轭程度越低,其光电性能越好。这一结论在不同的染料体系中均得到了较好地体现。实验结果表明,扭曲的分子结构对染料的电子传输和注入没有显著的影响,但大大降低了电子的复合与回传,以及染料间的聚集,对染料的光电流和光电压的提高起到了重要的作用。值得指出的是,参与此项研究工作的有2014届本科毕业生吴梅和2012级本科生万苏舒、许婷同学。

文章在线发表后,MaterialsViewsChina.com网站以“极度扭曲的染料敏化分子,极大提升的太阳能电池性能”为题发表评论,认为“这一设计理念可以应用于改进目前存在的大量的含辅助受体的染料分子,为其光电转换性能的进一步提高提供了有效的途径”(http://www.materialsviewschina.com/2015/07/extreme-distortion-of-dye-sensitized-dramatically-increase-solar-cell-performance/),并在MaterialsViews中国官方微博上(http://www.weibo.com/materialsviewschina)予以推介。

(通讯员 柴兆斐)

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