新型复合叠层染料敏化太阳能电池研究

This research proposes to investigate synthesis and characterization of high-performance organic sensitizer and nanocrystalline semiconductor materials for energy conversion, aiming at developing high-efficiency, low-cost dye-sensitized solar cells (DSCs) based on novel hybrid photoanode structures. The research will involve designing the novel NIR dyes and metal oxide semiconductor with the corresponding energy alignment. Using novel hybrid and tandem DSCs that consist of both visible dyes and NIR dyes, we broaden the absorption spectra and improve the harvest of light. Meanwhile, we will carry out studies of nanocrystalline semiconductor materials with mesoporous pores and suitable surface area. Therefore, the fundamental studies of 'structure-function' system are based on composite materials, exploring ways to further improve the conversion efficiency of DSCs. The in-depth study on the photo-to-electric mechanism also paves the way for improving the theoretical basis of photovoltaic performance. Research findings from novel configuration of hybrid and tandem DSCs will play an important role in accelerating commercialization of DSCs, thus contributing to advancement of solar cell research in China and raising its competitiveness in the international market.

本课题拟开展高性能低成本有机光敏染料和纳米半导体新材料的制备和性质及应用研究。目的是开发新型结构高效染料敏化太阳能电池。本课题拟设计和合成新型具有强、宽吸收的近红外染料及与其能级匹配的纳米半导体材料，并构建新型复合叠层结构染料敏化太阳能电池，利用可见光染料和近红外吸收染料协同作用，切实有效地扩展吸收光谱，最大限度地利用太阳能。开发具有微细介孔结构及高比表面积的半导体纳米材料，开展"结构－功能"一体化复合材料的基础研究，进行材料微纳结构对器件光电转换效率影响的研究，并进行功能调控。探索大幅提高太阳能电池光电转换效率的新途径。研究器件中电子传输、电子扩散长度、电子寿命和界面电阻等光物理性质及机理，揭示分子和能级结构与器件光电转换效率的内在关系,为进一步改善光电转换效率奠定坚实理论基础。研究成果将对提升我国在新型太阳能电池领域的研究水平和国际竞争力有重要意义。

新型第三代太阳能电池由于成本低，易大面积制备，且材料无毒环保，受到了广泛关注。本课题开展了性能低成本有机光敏染料和纳米半导体新材料的制备和性质及应用研究。本课题设计和合成了新型具有强、宽吸收的硫代双烯近红外染料及与其能级匹配的SnO2及ZnO纳米半导体材料,并构建了新型复合的叠层结构染料敏化太阳能电池,利用可见光染料和近红外吸收染料协同作用,切实有效地扩展吸收光谱,最大限度地利用太阳能。开发了具有微细介孔结构及高比表面积的半导体纳米材料,开展了"结构-功能"一体化复合材料的基础研究,并进行了材料微纳结构对器件光电转换效率影响的研究,并进行了材料结构，材料的带隙以及材料的表面形态等功能的微观调控。. 在项目执行期间主要开展了高性能低成本有机光敏染料和纳米半导体新材料的制备和性质及应用研究。包括设计和合成了具有强、宽吸收的有机可见光染料及近红外染料.并开展了与其能级匹配的纳米半导体材料及对电极材料和新型电解液的设计与合成,对合成的材料进行了性质研究和性能评价.之后构建了复合叠层结构染料敏化太阳能电池,利用可见光染料和近红外吸收染料协同作用增加了染料敏化太阳能电池的光电转换效率。. 同时还进行了拓展研究。利用钙钛矿作为增感剂，构建了新型钙钛矿染料敏化太阳能电池。开发了电子收集层材料。大幅度改善了太阳能电池的光电转换效率。研究成果对染料敏化太阳能的产业化和新型太阳能电池的开发奠定了一定的基础。. 以上成果,发表了论文40余篇.培养硕士研究生13名，博士研究生3名，本科生4名。培养年轻教师4名。