染料敏化太阳电池中准固态陷光电解质的研究

Dye-sensitized solar cells (DSC) are attracting both academic and industrial interest owing to their high-efficiency and potential low-cost. The electrolyte is the one of the most-important components of a DSC, and directly influences their performance and stability. However, I3- in the electrolyte will absorb visible light, which results in energy loss. Furthermore, due to the inhomogeneous dye distribution, a certain part of the incident light transmits through the photo anode, which decreases the light-harvesting efficiency. If electrolyte is composed by photocurrent response material and can depress the energy loss , which will undoubtedly give a big breakthrough on the efficiency of the solar cell. Based on this conception, we try to explore a new kind of electrolyte in dye-sensitized solar cells.In this application,a kind of light trapping material will be tried to insert into electrolyte. By this material, the transmit light is trapped inside the electrolyte and reflect to the dye, which will enhance the incident optical path length, resulting in a higher light-harvesting efficiency.In our research, the molecular structure and the crystallite morphology of light trapping material concerning with the efficiency of solar cell will be studied to clear the light trapping mechanism and inhance the efficiency of solar cell.

染料敏化太阳电池(DSC)由于其高效、廉价等原因而受到研究人员及工业界的关注。在DSC中，电解质是其中的一个重要组成部分并直接影响电池的性能及稳定性。然而电解质中I3-会吸收一定的穿透电解质层的可见光从而造成能量损失；同时，由于染料吸附的不均匀性等问题，一部分入射光还会直接穿透电池，造成光捕获率的降低。如果我们能够采用某种具有光电响应功能的材料重组电解质层，达到抑制能量损失的目的，将无疑使DSC的效率取得突破。基于这个思想，我们将在本项目中尝试开发新型电解质体系，我们将采用陷光材料反射透射过电解质层的入射光，增加入射光光程，提高光捕获率。我们将通过研究材料结构及晶体形貌，研究材料特性对电池性能的影响，达到提高电池效率的目的。

通过四年的研究，本课题研究紧密围绕高效陷光型染料敏化电池的结构及器件，展开以下四方面的工作：1陷光型染料敏化太阳电池关键新型材料及器件研究2. 陷光型染料敏化太阳电池机理和界面动力学的研究3.新型陷光材料的结构及计算4. 高效电池和器件结构的设计、优化。通过研究发现由于离子液晶大多处于近晶相，其液晶性中的流动性主要通过层与层之间的滑动来实现的。一旦离子液体中形成近晶相，那么其粘度就会变得非常大。因此在近晶相的离子液晶电解质中很难提高I-/I3-的传输。另一方面，在DSC的这种组装结构中，离子液晶很难按照所需的方向进行定向排列。这样一来，进一步限制I-和I3-的迁移，更不利于其在DSC中的应用。因此，近晶相的离子液晶由于其层结构的影响使得其粘度很大，I-/I3-在其中的扩散小于常规离子液体中的扩散，不能满足DSC的需要。因此希望在离子液晶中通过提高I-/I3-的Dex来提高D的方案难以实现。针对近晶相液晶材料的不足，我们尝试采用联苯类向列相液晶材料作为陷光电解质并取得了较好的效果，其可见光透过率降低90%以上，起到了良好的陷光效果；I3-和I-氧化还原电对扩散系数分别达到4.2×10-6cm2S-1和3.3×10-6cm2S-1，最终具有陷光结构的染料敏化太阳电池效率达到11.63%，完成项目既定的目标。