染料敏化太陽電池中電勢及表面態分布研究

《染料敏化太陽電池中電勢及表面態分布研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由胡林華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：染料敏化太陽電池中電勢及表面態分布研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡林華
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

染料敏化太陽電池主要原材料豐富、成本低且製作工藝簡單等特性，近些年引起了國際上廣泛關注。納米多孔薄膜是影響該電池光電轉換效率的重要因素之一，對薄膜進行結構最佳化及表面改性或電解液體系改善等均會使薄膜內、薄膜/電解液界面的電勢及表面態分布發生變化，從而影響到電子傳輸及複合過程。目前對表面態影響電池性能的機理研究還不完善，相關研究還有待探討和深入研究。本項目基於電子在多孔薄膜內轉移和缺陷多步俘獲與脫俘的電子模型，擬開展基於不同微結構多孔薄膜、染料和電解質體系電池中，電勢及表面態分布的模擬計算和光譜電化學實驗，重點考慮套用於電池中薄膜電極的多孔性，研究電容及表面態分布變化對電子擴散長度、傳輸時間和電子壽命的影響以及對電池光伏性能的影響機理。該項研究對進一步提高DSC光電轉換效率和電池穩定性有著重要的理論指導意義。

結題摘要

薄膜太陽電池研究日趨成為研究熱點，電池效率和穩定性是影響染料敏化太陽電池（DSC）性能的關鍵。在DSC的研究中，納米多孔薄膜是影響電池光電轉換效率的重要因素之一。DSC光伏性能的變化直接受納米多孔薄膜內電子傳輸和複合動力學過程的影響，多孔薄膜中表面態和電勢分布影響電子擴散和電子收集，從而影響電池的電流密度，同時多孔薄膜內表面態對電子的俘獲-脫俘過程會導致傳輸時間的延長，經由表面態的複合也會導致開路電壓的降低。 本項目基於建立載流子轉移和缺陷多步俘獲與脫俘的電子模型，擬開展基於不同微結構多孔薄膜的DSC中，電勢及表面態分布的模擬計算；研究不同條件下DSC中電勢及表面態分布對電子傳輸限制和複合過程的影響；研究電容及表面態分布的變化對電池光伏性能的影響機理；評估不同工作環境下DSC中電勢及表面態分布情況與電子輸運性能的關在線上制，研究加快電子在多孔薄膜內傳輸，降低複合的途徑和改進方法。 課題執行期間，基於適用於DSC薄膜多孔性的載流子轉移和缺陷多步俘獲與脫俘電子模型，模擬計算陷阱態對電子傳輸和複合過程的影響；研究了表面態分布的變化對電子傳輸、複合的影響以及對電池光伏性能的影響機理；從材料和電池結構等方面，評估了DSC中電勢及表面態分布情況與電子輸運性能的關在線上制；成功獲得了一種加快電子在多孔薄膜內傳輸的方法和技術途徑，即基於TiO2多孔亞微米球的薄膜電池效率經國家光伏產品質量監督檢驗中心測試達11.63%，為本項目執行期間取得的一項重要研究成果。 在國內外雜誌發表SCI和EI研究論文25篇；參與出版學術專著1部；新申請發明專利3項，已獲授權發明專利1項；培養碩士2人，博士3人；中科院院長優秀獎1人，獲中國科學院“三好學生”2人，獲中國科學院“優秀畢業生”1人，圓滿完成了課題任務書的研究內容和研究目標。項目申請人在納米材料及表面態等電荷傳輸方面的研究工作得到了國際同行的廣泛關注，近幾年來多次應邀參加國際會議並做邀請報告。