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为解决金属配合物染料存在的毒性及在 TiO?表面易留空缺点问题，研究人员开展三苯胺基无金属有机染料（SAS-1-5）作为共敏化剂提升 DSSC 性能的研究，发现 SAS-2+N-719 体系 PCE 达 9.12%，为 DSSC 高效敏化提供新策略。
在能源短缺与环境压力并存的当下，高效太阳能转换技术的探索备受瞩目。染料敏化太阳能电池（DSSC）凭借低成本、易制备等特性脱颖而出，但其核心光敏剂面临关键挑战：传统金属配合物染料（如 N-719）虽效率较高（超 11%-13%），却存在金属毒性、分子尺寸大导致 TiO?表面吸附不紧密等问题，而无金属有机染料虽具结构灵活优势，却需进一步优化光吸收与电荷传输性能。在此背景下， Mansoura University（埃及曼苏拉大学）的研究团队聚焦三苯胺（TPA）这一强电子供体单元，开展了一系列创新研究，相关成果发表于《Journal of Fluorescence》，为 DSSC 的敏化体系革新提供了重要思路。
研究人员采用 Wittig 反应等方法，设计合成了 5 种基于 D-π-A 型结构的三苯胺基无金属有机染料（SAS-1-5），其分别以氰基乙酰胺、2-(苯基磺酰基) 乙腈、噻唑烷等为电子受体，并通过与标准染料 N-719 共敏化，系统探究了对 DSSC 性能的提升作用。研究中主要运用的关键技术方法包括：通过核磁共振（1H/13C NMR）、红外光谱（IR）、质谱（MS）等光谱分析确证染料化学结构；利用紫外 - 可见（UV-Vis）吸收光谱研究光学性质；借助循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）分析电化学特性；采用密度泛函理论（DFT）在 B3LYP/6-311G (d,p) 水平进行分子几何优化与理论计算；通过光伏性能测试获取开路电压（V?C）、短路电流密度（JSC）、填充因子（FF）和功率转换效率（PCE）等参数。
合成与结构表征
通过多步有机合成反应（如 Wittig 反应、Knoevenagel 缩合反应）成功制备 SAS-1-5，光谱分析显示其具有特征官能团吸收峰，如 SAS-1 的氰基（C≡N）在 2218 cm?1 处的吸收，SAS-3 的磺酰基（SO?）在 1327 和 1314 cm?1 处的特征峰，证实了目标分子的结构正确性，且产率在 49%-59% 之间。
光物理性质
UV-Vis 吸收光谱表明，SAS-1-5 在 DMF 溶液中吸收带范围为 450-590 nm，较 N-719 展现出更宽的可见光捕获能力。其中，SAS-3 因强吸电子磺酰基的存在，吸收峰显著红移且谱带展宽，摩尔消光系数（ε）达 7.27×10? M?1cm?1，优于 N-719（1.08×10? M?1cm?1），表明其优异的光捕获效率。当吸附于 TiO?表面时，染料形成 J - 聚集体，进一步红移吸收光谱并提高吸光度，其中 SAS-2+N-719 体系表现最为突出。
理论计算与电化学分析
DFT 优化显示，SAS-1-4 分子近乎平面（二面角接近 180°），利于分子内电荷转移（ICT），而 SAS-5 因二面角 165.53° 存在扭转畸变，可能影响共轭效率。电化学测试表明，SAS-2 的 LUMO 能级（-2.90 eV）最高，与 TiO?导带（-4.20 eV）的能量差（ΔGinj）达 - 1.26 eV，电子注入驱动力最强。同时，其 HOMO 能级（-5.23 eV）高于电解液氧化还原电位（-5.20 eV），确保了染料再生的高效性。
光伏性能评估
共敏化体系中，SAS-2+N-719 的 PCE 达 9.12%，显著高于单一 N-719（7.33%），JSC 达 24.27 mA/cm2，开路电压（VOC）0.69 V。 incident-photon-to-current efficiency（IPCE）光谱显示，该体系在 480-520 nm 区域效率达 73%，与 N-719 的红光吸收形成互补。电化学阻抗谱（EIS）显示，SAS-2+N-719 的电荷转移电阻（Rct）最大，有效抑制了 TiO?/ 染料 / 电解液界面的电荷复合，进一步解释了其高性能。
研究通过分子设计将三苯胺与多样化电子受体结合，成功开发出高效无金属共敏化剂，揭示了分子平面性、吸电子基团强度对光吸收、电荷传输及光伏性能的关键影响。其中，SAS-2 凭借氰基乙酰胺与羧酸基团的协同作用，实现了染料在 TiO?表面的强吸附、高效电子注入与低复合率，为无金属染料的设计提供了范例。该工作不仅拓展了 DSSC 敏化剂的分子工程策略，也为解决金属染料的环境与性能瓶颈提供了新方向，推动了低成本、高效能太阳能电池的发展。
