基于吩噻嗪-硫靛蓝复合光敏剂的分子设计及DSSCs光伏性能优化研究

【编辑推荐】研究团队针对有机染料敏化太阳能电池(DSSCs)中光敏剂成本高、稳定性差的问题，通过将硫靛蓝引入吩噻嗪骨架，设计出四种新型光敏剂。采用个体/共敏化策略，Dye 4单组分效率达7.82%，Dye 2+Dye 4共敏化体系提升至8.06%，其J-聚集效应引发的红移现象为低成本高效光敏剂开发提供新思路。

　　

随着全球能源需求激增和化石燃料环境问题凸显，开发高效可再生能源技术成为当务之急。染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为第三代光伏技术，因其制备成本低、工艺简单备受关注。然而，传统钌基光敏剂存在价格昂贵、光稳定性不足等缺陷，促使科学家转向有机染料研发。吩噻嗪(PTZ)因其独特的富电子特性和多修饰位点，成为构建新型光敏剂的理想骨架，但如何通过分子工程进一步提升其光电转换效率仍是关键挑战。

伊朗国家科学基金会支持的研究团队在《Synthetic Metals》发表创新成果，通过将具有优异光稳定性的硫靛蓝结构引入吩噻嗪骨架，系统研究了四种有机光敏剂的光物理性能和光伏特性。研究采用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、光致发光光谱(PL)和光电化学测试等技术，在乙腈、乙醇和苯三种溶剂体系中评估染料性能，并通过个体/共敏化两种方式组装DSSCs器件。

材料与方法
研究团队通过SnCl₂
还原法合成3,7-二氨基吩噻嗪衍生物，采用Knoevenagel缩合构建D-π-A结构。使用UV-2450分光光度计测定溶剂化效应，通过TiO₂
敏化电极研究界面电荷转移特性，最终组装三明治结构太阳能电池测试光电转换效率。

UV-Vis与发射特性
极性溶剂中染料呈现显著红移，乙醇溶液最大吸收达511 nm，归因于J-聚集效应增强光捕获能力。半导体界面上的吸附使吸收带进一步拓宽，证实染料-TiO₂
间有效的电子耦合作用。

光伏性能评估
Dye 4因硫靛蓝修饰扩展共轭体系，单组分效率达7.82%；共敏化策略中Dye 2+Dye 4组合实现8.06%效率，证明分子间协同效应可优化能级匹配和光谱响应范围。

结论与意义
该研究首次将硫靛蓝结构整合到吩噻嗪光敏剂设计中，证实该策略可同时改善染料的光稳定性和光伏性能。共敏化体系突破单组分效率限制，为开发低成本、高效率有机光敏剂提供新范式。研究成果对推动DSSCs商业化应用具有重要价值，分子工程方法也可拓展至其他光电材料开发领域。