新型柔性染料敏化太阳电池研究

染料敏化太阳能电池（DSSCs）具有相对高效、廉价、环保等诸多优点。但传统硬性平板式DSSC在产品多样性设计以及在运输、安装、使用等方面受到很多限制。而柔性太阳能电池除了在一般应用中有其更方便的一面之外，更是能够满足军事和宇航方面的某些特殊需求。但由于ITO等透明导电材料以及柔性基底材料等的制约，传统柔性DSSC的发展一直受到柔性度、制备条件、耐受性、成本等因素的困扰，如何实现真正柔性且可用的柔性DSSC太阳能电池是一项重要的挑战。.本课题拟以DSSC工作电极为主要研究对象，从结构设计出发，开发出结构新颖，柔性度高、制备条件温和、材料可选面宽的新型柔性工作电极结构。重点研究这种新型太阳能电池中的外光捕获，载流子产生及传输等基本科学问题。在新技术层面彻底使DSSC摆脱ITO等透明导电氧化物类材料的限制。建立一套具有独立知识产权的、耐高温烧制、低导电损耗，低成本的新型柔性DSSC技术及制备方案

本项目紧密围绕新型柔性染料敏化太阳能电池的器件结构设计、材料合成、新材料的优化选择等研究思路，以提高器件性能为最终目的，制备得到了一系列高性能的柔性纤维态染料敏化太阳能电池。截止目前，我们成功制备了光电转化效率超过1.5%全固态纤维染料敏化太阳能电池和尺寸超过10cm的平均光电转化效率在5%~7%的液态柔性纤维染料敏化太阳能电池。为了降低电池的制备成本，碳纤维、棉线纤维、墨水碳等廉价易得商业化批量大生产的材料被成功应用到我们的新型态染料敏化电池中，制备得到的器件的光电转化效率达到5%以上。同时我们第一次实现了全碳基底的光伏电池。为了结合本新型电池的光阳极背受光的特点，新型的硫化小分子和离子液体氧化还原电对被成功的应用到这种新型电池中。实验表明，石墨、碳纤维等碳材料对该类电对具有很好的催化活性。本项目的另一个成果是第一次实现了聚光电池，提出了一种光阳极和对电极交替排列制备电池模块的实现双面发电的方法。本项目建立了规范的纤维态电子器件的表征测试系统包括硬件和软件，并将太阳能放电和储能相结合，提出了纤维光伏电池和纤维态超级电容器结合的产能和储能体系。.通过本项目的实施，相关研究从基金委重点项目提前发展成了国家重大科学研究计划项目（2011年启动，项目编号（2011CB933300）：首席科学家：邹德春教授）；与此同时研究内容从初期的柔性染料敏化太阳能电池拓展到了基于微纳米结构的柔性可编织光伏电池，把刚处于发展初期的纤维电子学领域向纤维光电子学领域进行了拓展，为我国在相关领域争取到了国际领先的地位。.借助本项目平台，我们在与柔性纤维太阳能电池相关的基础问题到初期应用拓展等方面都开展了深入研究，不断探索新型柔性光伏电池新的应用。通过设计和构筑新型光伏电池的器件单元和模块结构，新型电池的器件形态更加多样化，此类光伏电池的研究理念也开始逐步向其它种类的电子器件渗透，给纳米电子学，半导体器件学以及新兴的纤维电子学增添了更加丰富的内容。同时随着纤维光伏电池效率的不断提高，作为一种全新的可再生能源技术，其应用前景也越来越受到学术界和产业界的关注。