染料敏化太阳能电池(钙钛矿太阳能电池缺点)

华东理工大学在染料敏化太阳能电池和异卟啉领域取得新进展

卟啉结构普遍存在于天然产物中，具有丰富的光电和配位特性，在光电功能材料领域具有重要的理论价值和良好的应用前景。近年来，为了进一步拓展卟啉的结构和性质，开发具有新颖结构和独特性质的新型异卟啉也引起了广泛关注。最近，华东理工大学费林加诺贝尔科学家联合研究中心的解永树教授团队在染料敏化太阳能电池和异卟啉领域取得阶段性研究进展,的相关研究成果发表在《美国化学会志》和《化学科学》上。

染料敏化太阳能电池是一种低成本、高效率的光伏技术。染料敏化剂是光电转换的关键成分，在太阳能吸收和电子激发转移过程中起着重要作用。卟啉作为一种代表性的敏化剂，具有光谱响应范围宽、可修饰位点多、激发态寿命长等优点。然而，卟啉染料在400纳米和550纳米附近的吸收缺陷限制了其光伏性能的进一步提高。将具有互补吸收的染料与卟啉按一定比例共敏化，可以得到具有全光谱吸收特性的高效电池器件。但这种方法存在染料分子间竞争吸附、分布不均匀、器件优化过程复杂、可控性差等问题。为此，谢永书教授的研究小组在将卟啉与吸收互补的纯有机小分子染料通过柔性碳链进行共价连接，发展了一类新型 “协同伴侣染料”，在实现全光谱吸收的同时，两种互补结构单元在器件中以 1:1 的精准比例均匀、致密分布，实现了电压与电流的协同提升，最终取得了12.4% 的碘电解质电池最高效率。同时，染料的双吸附基团提升了电池稳定性.前期研究的基础上，另外，染料电池器件具有制备简单、可控性好、光伏性能对桥基长度依赖性弱等优点。研究结果为高效染料敏化电池的发展提供了新的思路。相关研究成果“Efficient Solar Cells based on Concerted Companion Dyes Containing Two Complementary Components: An Alternative Approach for Cosensitization”最近发表于《美国化学会志》。

另外，解永树教授团队在新型异卟啉骨架构建方面也取得重要进展.关于该研究团队以线型共轭八吡咯为原料，巧妙利用共轭多吡咯骨架的折叠构象，将空间上靠近的吡咯 -位点选择性连接，合成一种结构新颖的含三吡咯侧臂的异卟啉大环 1。该化合物具有大环与线型两个配位环境，线型单元与 Ni2+配位可生成单核镍配合物 2A/2B，大环进一步与 Cu2+配位，则生成异核双金属配合物 3A/3B。有趣的是TFA 的加入可以催化 P 螺旋和 M螺旋手性之间的转化，定量实现 2A 到 2B 的非对映异构体互变，该结果有望应用于刺激响应型手性分子机器的构建.相关研究成果“ . Sina.com/”最近发表于《化学科学》。

近年来，谢永书教授的研究团队在新型卟啉和异卟啉(Angew)的分子设计、合成和功能化方面取得了一系列重要成果。化学。里面的由…编辑， 2020, 59, 1537;JACS，2019，141，5294；安吉尔。化学。里面的由…编辑， 2019, 58, 5925;化学。Sci。 2019, 10, 2186;化学。Rev .2017，117，2203；安吉尔。化学。里面的由…编辑， 2016, 55,3063;JACS，2015，137，化学。社会主义者Rev .2015，44，1101；安吉尔。化学。里面的由…编辑， 2014, 53,安吉尔。化学。里面的由…编辑， 2014, 53,JACS，2013，135，

本研究主要由博士生曾凯文、张凯和副教授李成杰在谢永书教授的指导下完成。晶体测试得到了曼彻斯特大学杨教授的支持，光谱测试得到了日本九州大学教授的帮助。该研究也得到了田禾院士的悉心指导和朱教授的大力支持，并得到了国家自然科学基金、上海科技重大项目、上海科技国际合作、上海大学特聘教授(东方学者)的资助。

华东理工大学化学与分子工程学院

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