染料敏化太阳能电池(DSSCs)被称为第三代太阳能电池，这种电池采用的薄膜材料价格低廉、制作工艺简单、环境友好，成为继硅系太阳电池之后又一令人瞩目的太阳能电池。目前用于DSSCs的光敏染料主要是非金属的有机染料分子，因为它们的制作成本低、光子激发效率高，同时能够灵活的调控。由于DSSCs吸光后，初始的电荷分离发生在染料与TiO2吸附的界面和空穴传输材料，所以DSSCs的性能表现不仅依赖于染料分子自身的电子能级结构，同时还依赖于界面处的电荷转移动力学过程。所以对染料与TiO2界面性质的深入研究和微观认识非常重要。
      最近北大新材料学院的潘锋教授团队与香港城市大学Man Shing Wong教授团队、中科院化学所林原教授团队合作，通过第一性原理和实验发现，当染料分子吸附在TiO2的表面上以后，界面存在显著的电荷转移，而且这种电荷转移使界面处各自的能级发生重排（染料的分子轨道向上移动，TiO2的导带向下移动）。能级重排的结果能够增加光吸收的范围和电子注入的驱动力，但却降低了开路电压。更重要的是，他们发现对染料分子的受体基团和拉电子基团进行分子调控，不会影响界面处的能级重排（染料吸附在TiO2表面上以后，能隙变得一致）。尽管如此，它们仍然能调控界面处的空间位阻效应和电荷分离，从而能够调控DSSCs的开路电压和短路电流。这些发现将为以后如何优化染料分子与TiO2的界面性质来提高DSSCs的表现性能提供重要的线索和指导。该工作近期发表在国际知名材料化学期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》 （影响因子IF=6.7）上，北大新材料学院的郑家新博士是文章的第一作者。
                   

 
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文章链接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5b07591
How to Optimize the Interface between Photosensitizers and TiO2 Nanocrystals with Molecular Engineering to Enhance Performances of Dye-Sensitized Solar Cells? ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, DOI: 10.1021/acsami.5b07591.