利用三己基二噻并[2,3]吡啶作为新型杂环π-桥，对吩噻嗪敏化剂进行分子工程改造，以提升单结和串联 dye-sensitized solar cell（DSSC）的性能

染料敏化太阳能电池（DSSCs）通过优化π-桥扩展和辅助受体位置，显著提升电荷传输与光吸收效率。研究合成四苯并噻唑啉酮基敏化剂，发现BTD结构比BTZ更优，PTT-1单电池效率达7.25%，双联电池效率提升至9.31%，并保持长期稳定性。

　　

Rahma Salim Abdullah | Rasha A. Abdullah | Saja Ahmed Abdullah Al-Shajalee | Mohanad Mousa Kareem | Mohammed Ahmed Mohammed | G. Abdulkareem-Alsultan | Maadh Fawzi Nassar

伊拉克拉马迪安巴尔大学妇女教育学院化学系

摘要

染料敏化太阳能电池（DSSCs）是传统硅基光伏技术的有前途的替代品，但π-桥扩展和辅助受体位置对器件性能的影响尚未得到充分理解。本文设计并合成了四种基于吩噻嗪的敏化剂（PTT-1–PTT-4），这些敏化剂含有高度共轭的二噻吩吡啶（π-DTP）π-桥以及位置不同的苯并噻唑（BTD）或苯并三唑（BTZ）辅助受体，这些辅助受体通过氰基丙烯酸连接到分子结构中，形成D–A–π–A和D–π–A–A构型。实验和理论研究表明，含有BTD的染料（PTT-1、PTT-3）表现出更强的分子内电荷转移能力、更低的带隙（2.13–2.25 eV）和更高的光捕获效率。其中，PTT-1实现了最高的单电池效率（PCE = 7.25%，J_SC = 16.85 mA·cm^?2，V_OC = 0.828 V，FF = 0.553），其最大复合电阻（$R_{\text{rec}}）为18.3\; \Omega ，电子寿命（$${\tau }_{\text{eff}}$）为10.98 ms）。此外，由N719（上层）和PTT-1（底层）组成的串联DSSC的效率达到了9.31%（V_OC = 0.848 V，J_SC = 20.20 mA·cm^?2，FF = 0.543），其最大复合电阻（$R_{\text{rec}}）为22.12\; \mu s，电子寿命（$${\tau }_{\text{eff}}$）为14.15 ms。PTT-1和PT-N719/PTT-1器件表现出显著的长期稳定性，分别保持了初始效率的94%和98%。这些结果表明，通过策略性的π-DTP结构设计和辅助受体定位可以有效调节光学和电子性质，为高性能、无金属的DSSCs提供了明确的开发路径。