基于三苯胺-吲哚[3,2-b]咔唑-富勒烯p-n型染料用于染料敏化太阳能电池的研究

项目名称： 基于三苯胺-吲哚[3,2-b]咔唑-富勒烯p-n型染料用于染料敏化太阳能电池的研究

项目编号： No.21303256

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 陈冰

作者单位： 中国科学院武汉物理与数学研究所

项目金额： 25万元

中文摘要： 具有光诱导分子内电荷转移(Intramolecular Charge Transfer,ICT)的纯有机染料是当前染料敏化太阳能电池研究的重要前沿领域，而如何通过精细调控染料结构来有效抑制电荷复合则是目前该研究领域所面临的核心问题。本研究中，我们拟设计新型p-n型染料结构，其中采用高空穴迁移率吲哚咔唑为p端，高电子亲和势富勒烯(C60)为n端，通过共价键形成有序的p-n型分子结构。我们将研究这种化合物的紫外-可见光吸收、光发射以及氧化还原电势等光物理、电化学性质，并研究强供电子基团三苯胺-吲哚[3,2-b]咔唑的引入对富勒烯光吸收、荧光性能的影响。最后作为光敏染料应用于染料敏化太阳能电池中，研究该染料分子内电荷转移机制、电子向TiO2导带注入机理，以及染料分子中各功能基团对电荷分离、染料重生的影响。同时利用密度泛函理论计算，研究吲哚[3,2-b]咔唑基团对C60电子云分布的影响。

中文关键词： 染料敏化太阳能电池；光敏染料；吲哚[3;2-b]咔唑；纯有机染料；分子内电荷转移

英文摘要： Intramolecular Charge Transfer-based dyes have bring forth great development for dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells (DSSCs) due to their high performance in converting solar energy to electricity at a low cost. The judicious structure modulation of dye coated on the surface of titania to inhibit the interfacial charge recombination is one of the research topics in this field based upon this rapid recombination device. In this study, we design and employ novel p-n organic dye based on indolo[3.2-b]carbazole with high holes mobility as p- unit, fullerene(C60) with high electrons mobility as n- unit connected by covalent bonds. The ordered p-n organic dyes should be used for dyes sensitizerd solar cells and the relationship between molecular structure and photoelectric properties will be studied. The mechanism of intramolecular charge transfer,electrons injection to the conduction band of TiO2 , the charge separation, as well as dye regeneration will also be studied in this project.In addition, theoretical quantum calculations will be carried out to study the electronic structure and optical properties of the designed dye.

英文关键词： Dye sensitized solar cells；sensitizers；Indolo[3;2-b]carbazole；metal-free organic sensitizers；Intramolecular Charge Transfer