《基於鈷基電解質的高效染料敏化太陽電池研究》是依託哈爾濱工業大學，由白羽擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於鈷基電解質的高效染料敏化太陽電池研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：白羽
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對鈷基染料敏化太陽電池中薄膜吸收長度大於載流子擴散長度和氧化還原電對傳質受限這兩個關鍵性科學問題，擬通過對鈷配合物進行分子剪裁和發展具有梯度結構的氧化鈦薄膜電極來實現界面電荷轉移動力學的調控並有效改善電解質的輸運，進而通過器件最佳化獲得鈷基染料敏化太陽電池功率轉換效率的提升。從材料合成、結構-性能表征、光伏器件製備及器件物理分析等層次展開深入的研究，闡明染料敏化太陽電池關鍵材料結構對微尺度氧化還原電對輸運特性和納晶界面電荷轉移動力學的影響規律，為更理性的材料設計提供理論指導。
結題摘要
在過去的二十年間，基於碘離子/碘三離子的電解質以其在介孔薄膜中良好的離子質量傳輸、快速有效的染料再生，以及緩慢的二氧化鈦/電解質界面電荷複合動力學等優勢，一直是高效染料敏化太陽電池的首選。但是，在碘基染料敏化太陽電池中，參與染料再生的是碘離子/碘負自由基，而決定電解質費米能級的是碘離子/碘三離子，碘離子/碘負自由基的勢電位相對於碘離子/碘三離子有上百毫伏的正移動，從而造成電池光電壓的損失。因此，發展非碘電解質器件對取得染料敏化太陽電池的性能突破具有重大意義。 本項目可控合成納晶二氧化鈦、納晶氧化鈦亞微球團聚體和一維二氧化鈦納米棒，並將其用於製備具有梯度分級結構的介孔二氧化鈦薄膜，揭示了在二氧化鈦表面化學沉積金屬氧化物和電解質組分調控對界面的電荷轉移動力學特性以及器件光伏性能的影響規律，闡明納晶二氧化鈦薄膜結構與微尺度電荷輸運特性及器件光電轉換效率的內在聯繫。同時可控制備了具有多級結構的硫化鈷、PEDOT基有機聚合物、三維摻雜石墨烯和硫化鈷/石墨烯複合材料。闡明敏化太陽電池關鍵電池材料結構對電解質/電極界面電荷轉移動力學和電極中微尺度電荷輸運特性的影響規律。通過項目實施，獲得了在採用鈷基電解質條件下，染料敏化太陽電池9.0%的功率轉換效率。基於本工作，有望通過進一步選擇新型的寬光譜染料及合適的新型氧化還原電對，製備出更高效的染料敏化太陽電池。
