多酸型太阳能电池的研制与开发

能源危机和环境问题成为21世纪急待解决的两大难题，太阳能作为重要的可再生替代能源备受瞩目，太阳能电池的研究成为材料科学和能源科学的热点研究方向之一。染料敏化太阳能电池(DSSC)具有成本低、寿命长，原料来源广泛等优势，具有广泛的应用价值。目前，DSSC中的染料敏化剂主要以羧酸联吡啶钌配合物为主。寻求性能更加优异，成本更低的染料敏化剂及电解质成为研究的重要方向。多酸作为重要的无机物以其结构多样性和优异功能特性，广泛用于催化、材料科学领域。多酸化合物具有如下特点可以作为染料敏化剂:(I)具有和卟啉类似的性质，称为无机卟啉,(II)一些多酸化合物在可见光区具有优异的吸收特性，(III)多酸是一类混价化合物，兼具还原态和氧化态,(IV)具有较好的热稳定性。本课题主要研究以多酸化合物作为DSSC中的染料敏化剂，设计构筑新型染料敏化太阳能电池，为多酸化合物在材料科学和能源科学的应用开辟新的研究方向。

项目的执行过程中我们主要完成了五个方面的工作：.I. 多酸修饰阴极Pt制备高效DSSC.我们首次采用电化学沉积法将多酸{SiW9Al3}）基多层膜修饰到Pt对电极上，制备成DSSC，与裸电极相比，它的短路电流提高到16.1mAcm-2，开路电压为614mV，光电转换效率提高到4.45%。2013年，我们采用SiW11-PEDOT复合膜应用在染料敏化太阳能电池电池对电极材料中，研究表明该复合膜对I3-的还原具有堪比Pt 的催化活性，该对电极材料组装电池的短路电流提高到17.1，开路电压提高到640mV，光电转换效率达到5.81%。.II. 以多酸/TiO2为界面层或复合物修饰光阳极制备高效染料敏化太阳能电池.我们利用层接层方法制备了新型的PW12/TiO2纳米复合膜，并以其作为DSSC的界面层，有效地提高了DSSC的光电转化效率。{PW12/TiO2}为三层膜时光电转换效率是最高的，(PW12/TiO2)3-DSSC的转化效率与未处理的DSSC相比，提高了53%，转化效率达到8.31%。另外，我们利用溶胶–凝胶法制备PW12/TiO2复合物作为DSSC的光阳极有效的抑制了DSSC暗电流并提高了电子寿命，进而提高了电池的性能。{PW12}掺杂的DSSC的电子寿命可达11.14ms，{PW12}掺杂的TiO2作为DSSC的电池性能提高了22.8%。.III. 基于多金属氧酸盐-聚合物的光伏体系的研究.我们将多金属氧酸盐引入聚合物光伏体系中，其中以Keplerate型多金属氧酸盐{W72V30}作为电子受体，以水溶性聚对苯撑乙烯衍生物P2作为电子给体，以经过预处理的ITO导电玻璃为基底，利用层接层自组装技术制备了具有光电响应的复合薄膜。薄膜展现了良好的光电特性，是一种具有潜在应用前景的光伏体系。.IV. 多酸电致变色智能窗的制备.2013年，我们首次利用电沉积的方法，将{P5W30}和{S5W30}分别沉积在导电玻璃上制备了高性能的多酸电致变色智能窗，它操作简单，成本低廉，性能优异有很好的商业化前景。该多酸的电致变色智能窗具有较高的透明度和漂白状态，使用寿命长，着色效率高等优势，{P5W30}电致变色智能窗的光学对比度可达50%，响应时间为2s。2013年，首次研究了P2W17在不同电压下近红外电致变色行为。通过改变多酸的结构，寻找新的多酸基电致变色材料是一个非常有效方向。