研 究 與 實 驗 室

研究了一系列 π-擴展的鋅-salophen 型配合物 (ZSC) 用於染料敏化太陽能電池。這些染料採用不同幾何形狀，並利用供體/受體的組合來形成推拉結構。使用密度泛函理論 (DFT) 和時間相關密度泛函理論 (TDDFT) 研究了這些染料的電子結構和光學特性。結果顯示，ZSC 染料具有較低的 HOMO 能量和不同的電荷轉移特性。特別是 π 形和 X 形幾何的染料表現出更強的電荷轉移和更寬的吸收範圍，有潛力成為高效染料敏化太陽能電池材料。這項研究為設計高效太陽能電池染料提供了新思路。

在染料敏化太陽能電池 (DSC) 的研究中，計算染料關鍵特性是確定潛在候選物的重要方法。我們使用第一性原理計算了兩對有機染料分子從 TiO2 到陽離子染料的電荷再結合速率 (CR rate)。利用multi-state fragmentation charge difference (msFCD) 方案和長程校正的時間相關密度泛函理論來計算電子耦合。msFCD 方案去除了電荷轉移狀態中的局部激發分量，生成可接受的非絕熱狀態。範圍分離的 ωPBE 和 BNL 泛函對於電荷轉移問題很有用，結果與 TiO2 染料結合模式無關。CR 與氧化染料 (CRD) 的比率趨勢與實驗結果相似。重組能 (λ) 和自由能 (ΔG0) 的差異對電子轉移速率影響大，但電子耦合強度也可能在 CRD 速率中起主導作用。我們提出了一種預測 CRD 率的 ab initio 方法，探討了耦合因子在 DSC 性能中的潛在作用。

我們合成了一系列鋅卟啉染料 YD22-YD28 用於染料敏化太陽能電池 (DSC)。染料 YD26-YD28 由鋅卟啉 (ZnP)、芳胺 (Am) 和對乙炔基苯甲酸 (EBA) 組成。染料 YD22-YD25 額外包含了苯乙炔基 (PE) 單元。研究顯示，插入 PE 單元的 YD22-YD25 具有更好的光捕獲能力和較高的短路電流 (JSC)，因此轉化效率更高。插入 PE 單元可加寬和紅移吸收光譜，提高光捕獲性能和電流。