太陽能是一種清潔高效、儲量豐富的可再生能源，利用太陽能的一條重要途徑是把光能轉化為電能。作為太陽能電池家族的重要成員，染料敏化太陽能電池具有光電轉化效率高、制作工藝簡單等優點，引起了專家的廣泛關注。光電轉換效率是衡量電池性能的重要參數，而用于捕獲光能的敏化劑對電池效率起著決定性作用。作為自然界光合作用中心的核心組分，卟啉具有很高的摩爾吸收系數和易于系統修飾的結構，在光能捕獲和能量轉換方面有著特殊的優勢，但其在近紅外區和500 nm 左右存在明顯的吸收缺陷。針對該問題，本研究在卟啉分子中引入一個額外的炔鍵來擴展分子的共軛結構，增強染料在近紅外區的吸收，并在與該炔鍵相連的苯基上引入烷氧基鏈來抑制引入炔鍵導致的染料分子間聚集效應。此外，研究還進一步設計、合成了一個吸收峰在500 nm 左右，并具有較大開路電壓的純有機小分子染料，作為卟啉染料的共敏化劑，有效彌補了卟啉染料在500 nm 左右的吸收缺陷。通過上述卟啉染料結構優化和共敏化的綜合策略，最終可同時提高電池的短路電流和開路電壓，實現了高達10.45% 的光電轉換效率。此外，本文所發展的卟啉敏化劑均以咔唑基團為電子給體，突破了高效卟啉染料常用的二苯胺電子給體的局限，為發展含不同電子給體的高效卟啉染料、進一步提高電池效率提供了新的思路。
 

本研究工作的完成得益于田禾院士團隊在染料敏化太陽能電池領域的長期積累和團結協作的科研氛圍，是在國家自然科學基金、上海市東方學者特聘教授項目和教育部新世紀優秀人才等項目的資助下完成的。