《光電雙功能材料的合成和表征及其光伏器件套用研究》是依託華中科技大學，由王鳴魁擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：光電雙功能材料的合成和表征及其光伏器件套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王鳴魁
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在太陽電池、電致發光元件、光學感測器等諸多領域中有良好套用前景的有機功能分子是材料領域的研究熱點。染料敏化太陽電池（DSC）是蓬勃發展的一種新型光電轉換技術。固態空穴傳輸材料有望解決該類電池的器件密封難題，改善器件穩定性，近年來備受各國研究者關注。目前全固態DSC電池光電轉換效率已高於5.0%，但是和其他類型電池比較仍然偏低，主要原因是染料對可見光的吸收能力有限以及界面快速電荷複合過程。本工作擬合成具有空穴傳輸單元的雙功能染料，在增強分子吸光能力、拓寬吸光範圍的同時，通過拓展分子HOMO電子離域增加染料陽離子正電中心和TiO2表面的空間距離，抑制固態有機太陽電池中的界面快速電荷複合過程；並期望通過改變染料分子的極性而改善材料之間相互浸潤、微孔填充，從分子水平上提供有效抑制電荷複合過程的方法，掌握合成結構和功能可控的功能染料分子的關鍵技術，實現高效、穩定固態DSC電池。
結題摘要
在太陽電池、電致發光元件、光學感測器等諸多領域中有良好套用前景的有機功能分子是材料領域的研究熱點。本工作合成了系列具有空穴傳輸單元的雙功能染料，在增強分子吸光能力、拓寬吸光範圍的同時，通過拓展分子HOMO 電子離域增加染料陽離子正電中心和TiO2 表面的空間距離，抑制固態有機太陽電池中的界面快速電荷複合過程；並通過改變染料分子的極性而改善材料之間相互浸潤、微孔填充，從分子水平上提供有效抑制電荷複合過程的方法，掌握了合成結構和功能可控的功能染料分子的關鍵技術。 取得了主要研究結果包括：A、通過對D-π-A結構卟啉類染料進行最佳化，拓寬了染料光譜吸收範圍，提高器件性能。我們（1）第一次報導將卟啉染料敏化太陽能電池器件的IPCE回響範圍至860 nm，效率達到9.5%；（2）證明染料敏化的TiO2電極和電解液之間的電荷複合是降低器件效率的關鍵；（3）套用掃描電化學顯微鏡研究結果表明卟啉比其他染料具有較大受光截面積的優勢（~7×105 cm2 mol-1）；（4）第一次報導將吡啶作為連結官能團引入卟啉等染料及其套用。B、第一次報導電還原多層氧化石墨烯在高效染料敏化太陽能電池對電極的套用研究。報導了在低沸點有機電解液和離子液體體系中基於石墨烯對電極的DSC電池9.5%和7.6%世界紀錄的光電轉換效率。C、我們提出研究第三代太陽能電池界面電荷傳遞動力學新方法，進行鈣鈦礦敏化NiO太陽能電池研究；明確鈣鈦礦/p型選擇性電極界面電荷積累限制了鈣鈦礦電池性能。實現鈣鈦礦太陽能電池與超級電容器的集成，其總效率超過10%，成為太陽能電池和電容器聯用裝置中效率記錄。我們構造了一種全新的基於無機氧化物P-i-N 結構的鈣鈦礦電池，套用P-i-N 提供電荷漂移的電場，獲得更好的光生載流子的收集效率，實現了器件的光電轉化效率的提升。 我們實現了1、合成在新型電子光學雙功能染料，實現染料陽離子中 HOMO 和TiO2 表面進行空間分離;2、實現開路電壓高於800 mV，短路電流10 mA/cm2 的固態染料敏化太陽電池器件（效率高於5.5 %）的課題研究任務。 在課題任務執發表研究論文57篇，包括Nano Lett., Energy Environ. Sci.在內的影響因子＞10的論文7篇，其中引用次數超過10次的次的論文20篇。5次受邀參加國際會議，培養了3名博士生，5名碩士生。
