《染料敏化太陽電池界面修飾及其機理》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由孔凡太擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：染料敏化太陽電池界面修飾及其機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孔凡太
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
染料敏化太陽電池（DSC）具有低價、長壽命、原材料豐富、設備簡單、易於大規模生產等優點,成為近年來國際研究的熱點。光陽極中半導體導帶電子和電解質中電子受體或氧化態染料的界面複合是導致電池性能降低的主要因素。本項目致力於DSC光陽極的界面修飾，通過不同親疏水性、pKa值、空間位阻、偶極矩和吸附基團的共吸附劑對染料在納晶半導體表面吸附行為影響的微觀分析，結合分子動力學模擬和光陽極界面反應特性的研究，設計合成系列二烷基取代次磷酸做共吸附劑，研究共吸附劑對大面積染料敏化太陽電池光伏性能和穩定性的影響及共吸附劑在界面作用的機理，深入理解光陽極界面特性，從而達到節約貴金屬釕染料用量，提高電池經濟性，提高電池的光伏性能及穩定性的目的。
結題摘要
染料敏化太陽電池光陽極界面修飾是提高器件光電轉換效率和電池穩定性的重要手段。採用共吸附劑是目前最為簡單的光陽極界面處理方法之一。本項目選取了不同鏈長的苯甲酸衍生物做共吸附劑，通過對位取代烷氧基分子鏈長的變化研究親疏水性對染料在納晶半導體表面吸附量、鍵合方式等的影響；通過改變苯甲酸對位取代基的種類，如甲基、乙烯基、氰基、硝基、羧基、甲氨基等，研究取代基的pKa及分子偶極矩對染料吸附行為的影響；通過改變吸附基團的種類，如採用羥基、羧基、氨基、膦酸基等，研究吸附基團對染料吸附行為的影響；採用對位甲基、乙基、異丙基、叔丁基等的苯甲酸，研究取代基空間位阻對染料吸附行為的影響。通過共吸附劑的不同引入方式，如先吸附染料，再吸附共吸附劑的兩步法；或採用染料和共吸附劑的混合溶液的一步法引入方式，考察引入方式對染料納晶半導體表面吸附行為的影響。研究了共吸附劑分子結構對器件光伏性能的影響；合成了系列烷基次膦酸作共吸附劑，分別套用於無機釕染料及有機染料敏化太陽電池中。通過對器件電化學及光電化學測試，對器件微觀性能參數、電池光陽極界面特性等有了深入認識。 通過傅立葉變換紅外光譜(FTIR)測試檢測了共吸附劑在TiO2表面的吸附情況，並通過TiO2薄膜平帶電勢以及電池暗電流和電化學阻抗譜(EIS)測試等研究了共吸附劑對TiO2薄膜的修飾作用。研究發現膽酸類共吸附劑對TiO2薄膜表面具有較好的鈍化作用，適量鵝脫氧膽酸(CDCA)的引入可以提高電池的光伏性能。 共吸附劑分子能夠吸附在納晶TiO2表面，從而減少了暗電流，提高了電池的開路電壓和光電轉換效率。與文獻報導的二(3,3-二甲基丁基)次膦酸(DINHOP)相比，雙十二烷基次膦酸（DDdPA）的引入可以更好地抑制TiO2/染料/電解質界面處的電子複合。在最佳化濃度配比下，DDdPA的引入有效提高了器件的電子壽命，使TiO2導帶邊負移約30 mV，最終使器件的開路電壓提高了47 mV，光電轉換效率提升約10%。
