量子点敏化太阳能电池复合对电极材料设计、制备及界面电荷转移动力学研究

Quantum dot sensitized solar cells (QDSCs) have recently received much more attention due to the superior of the quantum dots as the sensitizers. At present, the light-to-electricity conversion efficiencies of QDSCs are still lower. Selection of suitable counter electrodes is one of the key factors to the overall cell performance, such as the material composition, surface morphology and interfacial structure etc. In this project, composite counter electrodes with sulfide compounds (i.e. Cu2S, CoS) and conductive polymer (polyaniline, polypyrrole, poly(3,4-ethylene-dioxythiophene etc) will be designed and prepared by different in situ preparative methods, such as electrodeposit,electropolymerization and chemical polymerization etc. Detailed investigation on the electron transfer dynamics on the interface of composite electrode and the electrolyte will be carried out. Inherent law among the composition, microstructure, surface morphology and catalytic properties and cell performance will be revealed. Our work is supposed to provide experimental and theoretical guidance toward highly efficient quantum dot sensitized solar cells with good stability.

量子点敏化太阳能电池（QDSC）近年来受到越来越多的关注，但目前此类电池光电转换效率仍然偏低。其中，对电极的组成、表面形貌、微结构对电极催化活性和电池性能的影响不容忽视。本申请针对QDSC电池体系的特点和对电极研究中存在的主要问题，基于我们研究组前期的工作积累，结合导电聚合物和无机半导体硫化物的特点，从设计组装导电聚合物/硫化物复合对电极入手，通过控制制备条件，优化催化活性材料的组成、形貌和微结构（如比表面积、结晶度、缺陷等），研究过电位、界面电荷转移动力学过程与电池材料的微结构、电极催化性能和电池性能之间的内在联系和规律。调控复合对电极的催化性能和稳定性，为发展高催化活性、性能稳定的新型对电极，获得高效率QDSC电池提供理论和实验依据。

量子点敏化太阳能电池（QDSC）近年来受到越来越多的关注，但目前此类电池光电转换效率仍然偏低。其中，对电极的组成、表面形貌、微结构对电极催化活性和电池性能的影响不容忽视。本项目针对CdSeTe、CuInS2 QDSC电池体系及其对电极研究中存在的主要问题，从胶体量子点的制备出发，将原位沉积方法在多孔薄膜上直接制备量子点转变为采用热注入方法，获得带隙可调、量子点尺度可调、高结晶性、单分散性的胶体量子点，再通过优化敏化条件，获得高质量的量子点敏化薄膜。进一步结合常规硫化物对电极的特点，从设计组装导电聚合物/硫化物复合对电极入手，通过控制制备条件，优化催化活性材料的组成、形貌和微结构（如比表面积、结晶度、缺陷等），研究过电位、界面电荷转移动力学过程与电池材料的微结构、电极催化性能和电池性能之间的内在联系和规律。重点解决如何通过调控量子点制备方法、光阳极敏化提高电池性能，发展表面修饰方法提高电极和电池稳定性。经过课题组全体成员的共同努力，所组装的量子点太阳电池效率达到11.3%，并经过第三方（中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心）认证效率为11.3%。在 Nano Energy, J. Mater. Chem. A, J. Power Sources 等SCI期刊上发表19篇高水平论文，申请2项发明专利，授权专利5项，8名博士生和2名硕士生顺利毕业，圆满完成本项目预期目标。