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为解决传统硅基光伏模块成本高、金属基染料存在吸收局限及成本高昂等问题，研究人员开展了咔唑基共敏化剂在染料敏化太阳能电池（DSSCs）中的研究。结果显示，MA - 2 + N3 共敏化体系表现优异，这为提升 DSSCs 效率提供了新策略。
在当今能源领域，太阳能作为一种清洁、丰富的能源，备受瞩目。染料敏化太阳能电池（DSSCs）因其成本效益高、制备简便，成为太阳能利用的研究热点。然而，传统的硅基光伏模块价格昂贵，限制了其广泛应用；金属基染料，如钌基染料 Ru (II)，虽能实现较高的光伏效率，但存在吸收带有限、成本高昂等问题。因此，开发高效、低成本的敏化剂成为提升 DSSCs 性能的关键。
在此背景下，来自埃及曼苏拉大学化学系等机构的研究人员开展了一项关于咔唑基共敏化剂的研究。该研究成果发表在《Journal of Fluorescence》上，为 DSSCs 的发展提供了新的思路。
研究人员运用多种技术方法进行此项研究。通过化学合成法制备了两种新型基于咔唑的有机共敏化剂 MA - 1 和 MA - 2，利用 UV - Vis 光谱、电化学分析、密度泛函理论（DFT）计算等手段对其光物理、电化学性质等进行表征，并将制备的敏化剂应用于 DSSCs，测试电池的光伏性能。
在合成与结构表征方面，研究人员以 9 - 庚基咔唑和 9 - 乙基咔唑为电子供体，丙二腈和氰基乙酸为电子受体 / 锚定基团，成功合成了 MA - 1 和 MA - 2。通过多种光谱技术对其结构进行了验证，确保了共敏化剂的准确性和可靠性。
光物理性质研究表明，MA - 1 和 MA - 2 在可见光范围内均有广泛吸收，MA - 1 的吸收峰位于 468nm，摩尔消光系数为 3.76×104 M-1 cm-1；MA - 2 的吸收峰位于 478nm，摩尔消光系数为 5.34×104 M-1 cm-1，且 MA - 2 的吸收光谱发生了明显的红移，光学带隙为 2.28eV，低于 MA - 1 的 2.44eV，显示出更强的光捕获能力。
电化学性质研究显示，MA - 1 和 MA - 2 的基态氧化电位（GSOP）和激发态氧化电位（ESOP）均有利于电子注入到 TiO2的导带，且 HOMO 能级低于氧化还原电对，便于染料再生。MA - 2 由于更强的吸电子特性，具有更低的 LUMO 能量，电荷分离效率更高。
分子建模和分子静电势（MEP）分析表明，MA - 1 和 MA - 2 的 HOMO 电子主要集中在供体区域，LUMO 集中在受体区域，这种分布促进了分子内电子转移。MEP 分析还揭示了共敏化剂与其他原子相互作用的电子情况，进一步解释了其性能差异的原因。
在光伏器件性能测试中，MA - 1 单敏化的 DSSCs 光电转换效率（PCE）为 6.95%，MA - 2 为 7.84%，均高于 N3 染料的 6.25%。共敏化显著提升了器件性能，MA - 1 + N3 体系的 PCE 达到 8.85%，而 MA - 2 + N3 体系表现最为优异，PCE 高达 9.82%，短路电流密度（JSC）为 23.91mA/cm2，开路电压（VOC）为 685mV，填充因子（FF）为 0.60。
电化学阻抗谱（EIS）分析表明，共敏化体系（MA - 1 + N3 和 MA - 2 + N3）的电荷转移电阻（Rct）高于单染料体系，MA - 2 + N3 体系的电子寿命最长，为 1.06ms，有效减少了电荷复合，提高了电池性能。
综上所述，该研究成功制备了两种咔唑基共敏化剂 MA - 1 和 MA - 2，对其性质进行了全面表征，并在 DSSCs 中进行了性能测试。结果表明，MA - 2 具有更优异的光捕获能力和电子特性，MA - 2 + N3 共敏化体系展现出最高的光电转换效率。这一研究成果为优化 DSSCs 的染料结构提供了重要参考，证明了共敏化策略在提升有机和混合敏化剂效率方面的有效性，为开发高效、低成本的 DSSCs 开辟了新方向，在太阳能利用领域具有重要的理论和实践意义。
