太陽能是一種清潔高效、儲量豐富的可再生能源，利用太陽能的一條重要途徑是把光能轉(zhuǎn)化為電能。作為太陽能電池家族的重要成員，染料敏化太陽能電池具有光電轉(zhuǎn)化效率高、制作工藝簡單等優(yōu)點，引起了專家的廣泛關(guān)注。光電轉(zhuǎn)換效率是衡量電池性能的重要參數(shù)，而用于捕獲光能的敏化劑對電池效率起著決定性作用。作為自然界光合作用中心的核心組分，卟啉具有很高的摩爾吸收系數(shù)和易于系統(tǒng)修飾的結(jié)構(gòu)，在光能捕獲和能量轉(zhuǎn)換方面有著特殊的優(yōu)勢，但其在近紅外區(qū)和500 nm 左右存在明顯的吸收缺陷。針對該問題，本研究在卟啉分子中引入一個額外的炔鍵來擴展分子的共軛結(jié)構(gòu)，增強染料在近紅外區(qū)的吸收，并在與該炔鍵相連的苯基上引入烷氧基鏈來抑制引入炔鍵導(dǎo)致的染料分子間聚集效應(yīng)。此外，研究還進一步設(shè)計、合成了一個吸收峰在500 nm 左右，并具有較大開路電壓的純有機小分子染料，作為卟啉染料的共敏化劑，有效彌補了卟啉染料在500 nm 左右的吸收缺陷。通過上述卟啉染料結(jié)構(gòu)優(yōu)化和共敏化的綜合策略，最終可同時提高電池的短路電流和開路電壓，實現(xiàn)了高達(dá)10.45% 的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，本文所發(fā)展的卟啉敏化劑均以咔唑基團為電子給體，突破了高效卟啉染料常用的二苯胺電子給體的局限，為發(fā)展含不同電子給體的高效卟啉染料、進一步提高電池效率提供了新的思路。
 

本研究工作的完成得益于田禾院士團隊在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域的長期積累和團結(jié)協(xié)作的科研氛圍，是在國家自然科學(xué)基金、上海市東方學(xué)者特聘教授項目和教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才等項目的資助下完成的。