芯能级空穴时钟谱研究染料敏化太阳能电池中染料分子/半导体异质界面超快电荷转移动力学

项目名称： 芯能级空穴时钟谱研究染料敏化太阳能电池中染料分子/半导体异质界面超快电荷转移动力学

项目编号： No.21503233

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2016

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 曹亮

作者单位： 中国科学院合肥物质科学研究院

项目金额： 21万元

中文摘要： 在染料敏化太阳能电池中，电荷从染料分子到氧化物光阳极的转移对电池的光电转化效率起决定性的作用。如何精确地评估亚飞秒时间尺度超快电荷转移时间，理解染料分子中配位原子和氧化物半导体纳米结构变化对电荷转移动力学过程的影响，将对器件的设计提供理论依据。本项目将借助基于同步辐射的芯能级空穴时钟谱这一新技术以及光电子能谱和X射线近边吸收精细结构谱技术，原位、系统地研究染料分子/氧化物半导体异质界面超快电子转移时间、界面相互作用、电子结构以及分子取向。一方面，通过对比两种具有相同配体，不同金属配位原子的氯化铝酞菁和锌酞菁染料分子体系，探索配位原子对界面电子转移动力学的影响及机理。另一方面，通过对比纳米片氧化锌、氧化锌单晶和二氧化钛单晶衬底体系，了解衬底纳米结构变化以及不同功能性衬底对界面电子转移动力学的贡献作用。

中文关键词： 界面电荷转移；界面化学反应；光电子能谱；电子结构；飞秒时间分辨

英文摘要： Charge transfer from photo-excited organic dyes to photoanodes plays a dominant role in determining photon-to-electron conversion efficiency in dye-sensitized solar cells (DSSCs). Quantifying sub-femtosecond charge transfer timescale, understanding the influence of coordinated metal in dyes and nanostructure of oxide semiconductor on charge transfer dynamics will serves as an important gauge for rationale design of DSSC devices. In this project, the ultrafast charge transfer timescale, chemical interactions, electronic structures and molecular orientation at dye/semiconductor interfaces will be systematically investigated in-situ using synchrotron-based core-hole clock (CHC) spectroscopy, photoemission spectroscopy (PES) and near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy. On one hand, the mechanism and influence of metal ion on charge transfer dynamics will be studied by comparing the systems of chloroaluminum phthalocyanine (AlClPc) and zinc phthalocyanine (ZnPc) though the change of the metal ion in dyes. On the other hand, the the influence of nanostructure of semiconductor substrate and different functional substrates will be investigeted by comparing the systems of nano-sheets zinc oxide (ZnO), ZnO single crystal and titanium dioxide (TiO2) single crystal.

英文关键词： Charge transfer at interface;Chemical interaction at interface;Photoemission spectroscopy;Electronic structure;Femtosecond resolution