综述：方酸染料提升有机光伏电池能量转换效率的策略研究

这篇综述系统探讨了方酸染料（SQ）在有机光伏（OPV）领域的最新进展，重点分析了其分子结构（如π共轭延伸、锚定基团）对体异质结（BHJ）、钙钛矿（PKSC）等太阳能电池性能的影响，揭示了通过优化开路电压（Voc）、短路电流（Jsc）等参数提升能量转换效率（PCE）的关键路径，为开发高效低成本光伏器件提供了重要参考。

　　

引言

有机光伏（OPV）技术因其轻质、柔性和可溶液加工等优势成为可再生能源领域的研究热点。方酸染料（Squaraine, SQ）作为一类具有强可见-近红外吸收特性的有机染料，在提升OPV器件性能方面展现出独特潜力。本文将从分子设计到器件优化，全面剖析SQ染料的最新研究进展。

方酸染料的优势

相较于金属基无机敏化剂，SQ染料具有摩尔吸光系数高、原料成本低等优势。其分子结构中的电子给体-受体-给体（D-A-D）框架可通过修饰芳基、末端基团等实现吸收光谱从300 nm延伸至800 nm，显著增强太阳光捕获能力。在染料敏化太阳能电池（DSSC）中，SQ衍生物如SQ47通过π共轭延伸将光学带隙降至1.35 eV，使器件在近红外区产生光电流响应。

π共轭延伸对BHJ性能的影响

在体异质结（BHJ）太阳能电池中，π共轭扩展的SQ分子（如SQ1）可将空穴迁移率提升至10^-4 cm²V^-1s^-1，同时降低HOMO能级使PCE达到7.41%。研究发现，引入噻吩桥联结构能优化活性层形貌，减少激子复合损失，使填充因子（FF）突破0.60。

钙钛矿太阳能电池中的创新应用

在钙钛矿（PKSC）领域，SQ染料通过界面工程解决器件稳定性难题。例如，将含羧基的SQ锚定在TiO₂传输层，可钝化表面缺陷并提升电荷提取效率。近期研究还发现，SQ/钙钛矿叠层器件通过互补吸收实现了超过23%的PCE。

挑战与解决方案

SQ染料的聚集倾向和溶剂稳定性仍是主要瓶颈。研究人员通过分子封装技术（如脂质体包裹）或引入支链烷基来抑制荧光猝灭。在非富勒烯体系（NF-OSC）中，SQ作为小分子受体与聚合物给体共混，已实现18%以上的PCE。

未来展望

开发具有窄带隙、高载流子迁移率的新型SQ衍生物将是重点方向。通过机器学习辅助分子设计，结合界面修饰和叠层结构优化，有望推动OPV技术向商业化迈进。