基于纳米结构的新型柔性纤维基可编织染料敏化太阳能电池光阳极的制备及性能研究

In recent years, the development of nano-science promoted the development of photovoltaic technology enormously. The nanotechnology is the technical fountain head of enhancement of unit efficiency of dye-sensitized solar cell (DSSC). This project aims at assembling of nano-unit with DSSC photovoltaic function on the non-plane, weavable flexible, conductive filament with knitting and high contour curvature structure. Considered from photon capture, electron collection and other aspects, the design construction and modification of weavable DSSC photoanode's microscopic appearance structure are carried out, hoping to further raise photoelectric conversion efficiency. Profoundly studies specially microscopic transmission mechanism and other foundation questions of mesoscopic photon/current carrier in territory space. The design realizes the high efficiency, low cost, weavable, and large-area DSSC component. Through the implementation of this project, an approach for developing an electro-optical active nanostructure-based photoanodes is established based on the multi-level, multi-criterion and high curvature surface. Explore separation and transportation mechanism of current carriers under non-uniform field; Develop new micro/nanostructured photoanode materials suitable for the flexible and weavable DSSC. Finally realize 1~2 kinds of new photovoltaic cell prototype component of the proprietary intellectual property rights, the practical prospect, and the efficiency to surpass the similar plate battery.

纳米技术是染料敏化太阳能电池(DSSC)单元效率提升的技术源泉，近年来纳米科学的发展极大地推动了光伏技术的发展。本项目旨在前期DSSC研究的基础上，探索将具有DSSC光伏功能的纳米单元组装在纤维基、编织结构等高曲率微结构的非平面柔性导电基底上，制备可编织DSSC光阳极的方法；从光子捕获、电子收集等方面考虑，设计构筑可编织DSSC光阳极的微观形貌结构、改性，进一步提高光电转换效率；深入研究特殊介观限域空间内光子/载流子微观传输机理等基础问题；设计并实现高效率、低成本、可编织大面积DSSC器件。通过本项目的实施，建立在高曲率基底表面上多层次多尺度构筑具有光电活性的功能纳米结构光阳极的新方法；阐明非均匀场作用下的光生载流子的分离及输运机理；研制出适用于新型柔性可编织DSSC的新微纳结构光阳极材料，最终实现1~2种具有自主知识产权、有实用前景、电池效率超过同类平板电池的新型光伏电池器件。

新型柔性纤维基可编织染料敏化太阳能电池是将具有光伏功能的纳米单元高效组装在三维纤维网络等特殊介观结构电极上所构建的柔性光伏电池。相对于传统的平板式 染料敏化太阳能电池(DSSC)，这种新型电池成本更低；入射光子的角度依赖性也大大降低；实现传统平板电池不可能实现的“直射光+反射光共发电”模式，大幅度提高日均发电能力；具有风雨阻挡截面小、重量轻、变形能力大的结构特点，增强了光伏电池对运输环境、安装环境、工作环境的适应性。然而，纤维电池在效率方面与传统的平板式 DSSC 电池存在着较大的差距。本项目在前期 DSSC 研究的基础上，(a) 从光子捕获、电子收集等方面考虑，设计构筑可编织 DSSC 光阳极的微观形貌结构、改性，并组装在纤维基、编织结构等高曲率微结构的非平面柔性导电基底上，制备出了可编织 DSSC 光阳极；(b) 利用石墨烯新奇的电子传导特性构建复合光电极材料；(c) 深入研究特殊介观限域空间内光子/载流子微观传输机理等基础问题；利用晶/界面设计理论，探索新的柔性基底；(d) 开展电池组装方式以及工艺的初步研究。已发表或录用文章7篇，授权专利3项