有序分级结构柔性光阳极材料的制备与性能研究

Novel flexible dye sensitized solar cell with high conversion efficiency and stability is one of the important development directions in the research fields. In this proposal, by using low-temperature hydrothermal method and in-situ electrodeposition method, oriented hierachical micro/nano arrays structured semiconductors are to be controllable prepared on flexible metal meshes to construct a coexistent structure system of the absorption interfaces for high density photons and the transportation/seperation channnels for photo-generated charge-carriers, in order to realize the both highly harvesting of light and rapidly separating/transporting of charges. The oriented hierachical structured semiconductors on metal meshes can be used as photoanodes. The influences of growth density, size, morphology and complex layer on the overall conversion efficency will be studied, and the seperation and transfer mechanism of photoinduced electrons in this dye sensizited photoanodes are also to be investigated. The preparing method of flexible dye sensitized solar cell based on oriented hierachical structured semiconductor and conductive polymer on metal meshes are to be conducted to explore the effects of polymers' microstructure, conductivity and adherence to the mesh on photo-to-electric conversion efficiency and electron transfer mechanism. .This proposal supplies a new way for constructing the flexible dye sensitized solar cell, which will be essential both in fundamental research and in technological applications.

新型高效稳定柔性染料敏化太阳能电池是太阳能研究领域的重要发展方向。本项目以金属丝网为柔性基底，采用低温水热及原位电沉积的方法，在其上可控制备半导体有序分级微/纳米阵列结构，构建高密度光子吸收界面与光生电荷高效分离传输通道共存的结构体系，同时实现高效捕光和载流子的快速分离输运；以金属丝网基半导体有序分级结构为光阳极，探索分级结构的生长密度、尺寸、形状、复合层等因素对其光电转换效率的影响规律，阐明光生电子-空穴在有序分级微/纳米结构中的分离及传输机理；研究基于金属丝网基有序分级结构为光阳极，金属丝网基导电聚合物薄膜为对电极的柔性染料敏化太阳能电池的制备方法，阐明导电聚合物薄膜的微观结构、导电性及与基底的结合性对电池光电转换特性的影响规律及其电子传输机制的影响。为构建新型高效稳定柔性染料敏化太阳能电池提供新的研究思路，具有重要的理论和实际意义。

新型高效稳定柔性染料敏化太阳能电池(DSSCs)是太阳能研究领域的重要发展方向。金属丝网基半导体纳米结构光阳极是决定该类电池性能的基础，如何在柔性导电基底上构建高密度光子吸收界面与光生电荷高效分离传输通道共存的结构体系，是相关研究面临的挑战。本项目以金属丝网为柔性基底，研究可控制备半导体有序分级微/纳米阵列复合结构的方法，阐明不同形式微纳复合结构与光电转换性能之间的内在联系，发展构建全柔性DSSCs的新方法。.主要研究内容包括：以金属丝网为柔性基底，可控制备半导体有序分级微/纳米阵列复合结构，构建高密度光子吸收界面与光生电荷高效分离传输通道共存的结构体系；以金属丝网基半导体有序分级结构为光阳极，阐明微结构对其光电转换效率的影响规律，揭示光生电子在有序分级微/纳米结构中的分离及传输机理；探索基于金属丝网基有序分级结构为光阳极的全柔性染料敏化太阳能电池的制备方法。.主要研究结果包括：（1）采用电沉积方法，在柔性不锈钢网基底上，实现了可控制备ZnO有序分级微/纳米阵列结构光阳极，阐明了电沉积条件对ZnO形貌、生长密度、取向的影响规律。（2）采用水热法，在柔性钛网基底上制备得到了有序TiO2纳米线/纳米片阵列分级结构、TiO2纳米线阵列/Nb5+-TiO2纳米粒子以及TiO2纳米线阵列/上转换发光Er3+-Yb3+-TiO2纳米粒子复合结构光阳极，阐明了水热生长条件对于微纳复合结构合成过程的影响规律，实现了可控制备。（3）阐明了光生电子在有序微/纳米结构光阳极中的分离及传输机理，揭示了微观形貌与DSSCs光电转换效率之间的相互依存关系。（4）发展出基于金属丝网基有序微/纳米结构全柔性DSSCs的制备方法。.我们发展出的基于金属丝网基有序微/纳米结构全柔性DSSCs制备方法，为构建新型高效稳定柔性DSSCs提供新的研究思路，具有较为重要的科学意义和实际意义。