利用尖劈状微结构阵列的陷光效应提高染料敏化太阳能电池效率的研究

本申请主要研究利用尖劈状微结构阵列的陷光效应提高染料敏化太阳能电池（DSSC）的光捕获效率进而提高电池性能。通过在DSSC中引入尖劈状微结构阵列，解决DSSC电池中入射光超高效捕获这一关键问题，达到增大光电流、提高电池效率的目的。研究尖劈状微结构阵列及表面太阳能电池工作电极的设计、构筑的创新性的方法、技术与工艺，获得新型的参数可调的基于尖劈状微结构阵列的太阳能电池，探索其微结构阵列的陷光效应与电池性能的关联，阐明其对光捕获、载流子输运、电池效率影响的规律、机理和机制，获得相应的新型电池材料与原型器件，为高效、低成本太阳能电池的研发与应用探索一条新的途径。

本项目主要研究了利用尖劈状微结构阵列的陷光效应提高染料敏化太阳能电池（DSSC）的光捕获效率进而提高电池性能。通过光学模拟，研究了光在尖劈微结构中的行为，发现光可被尖劈微结构有效捕获，其机理是光在尖劈微结构中的多次反射和折射引起的陷光效应；研究了尖劈微结构对光吸收的波长选择性，发现其在可见至近红外的电池敏感波长范围内对入射光的波长不敏感，是一种宽光谱的光陷阱；同时，研究了尖劈微结构光捕获的角度效应，发现其对光的入射角度不敏感，可以实现大角度入射光的有效捕获。研究了尖劈微结构的制备，采用纤维受限腐蚀和石英玻璃选择性腐蚀两种方法制备了尖劈和类尖劈的微结构材料，研究了其制备工艺参数的选择与优化，获得了优化的制备工艺，获得了具有陷光效应的微结构材料；研究了纳米氧化钛球形分级结构光阳极材料的新型制备方法，获得了高质量、可大规模生产的氧化钛球形分级结构。在此基础上，研究了尖劈微结构的太阳能电池光阳极的制备。研究了尖劈微结构表面导电层的制备，研究了纳米氧化钛在尖劈微结构沉底表面的沉积，实现了基于尖劈微结构的太阳能电池光阳极材料的工艺优化，研究了基于尖劈微结构的太阳能电池的组装工艺，获得了基于尖劈微结构的新型太阳能电池原型器件。研究了基于尖劈微结构太阳能电池的性能，发现尖劈微结构的引入可以有效提高光的捕获效率，从而提高太阳能电池的性能。这些研究为高效、低成本太阳能电池的研发与应用提供了新的思路。