量子点—染料共敏化二氧化钛纳米管阵列柔性太阳电池研究

由于染料敏化太阳电池存在光谱响应波段窄、太阳光吸收强度低、光生电子传输过程复合严重等问题，导致电池当前最高光电转换效率离理论值还有很大距离且难以有效提高。针对这些问题，本项目拟开展量子点-染料共敏化二氧化钛纳米管阵列柔性太阳电池研究。通过量子点的共敏化作用来提高电池对各波段太阳光的吸收强度，并拓展光谱响应波段到近红外区；利用二氧化钛纳米管阵列的特殊结构和性能，构建量子点-染料共敏化光电极，缩短光生电子传输距离，提高传输速率和降低复合几率；在光电极中引入背接触式多孔钛导电衬底，让敏化层直接吸收太阳光，克服了金属柔性衬底不透光的缺陷，避免太阳光绕道对电极和电解质引起的损失。研究结果有望提高柔性染料敏化太阳电池光电转换效率，在新材料的合成、光电子器件的制备、界面科学、电化学等领域也具有重要的科学意义。

针对有机染料敏化太阳电池光谱响应波段较窄、有机染料消光系数较低、电池光生电子传输过程复合严重等问题，本项目将量子点引入电池，制备了以聚苯胺为空穴传输材料的硫化锑量子点敏化固态太阳电池，将传统电池中要滤掉的紫外区光子利用起来，成功拓展光谱响应波段；分别以钛箔和钛网为光阳极和对电极基板，制备了背投式全钛基柔性电池，此新颖结构柔性电池能采用导电玻璃基板电池的所有制备工艺如高温烧结、TiCl4处理、掺杂修饰等，无需像导电聚合物基板因耐热问题而去开发特殊的制备工艺；将二氧化钛纳米管阵列嵌入到钛基板内，利用钛凹槽形成立体的电子收集通道，二氧化钛纳米管有序阵列形成高效电子传输通道，制备了背投式嵌入型柔性电池，大幅提高了电池光电转换效率和稳定性；含碘氧化还原电对的电解质能高效还原再生有机染料，但该类电解质对大部分量子点均有腐蚀作用，鉴于此，我们开发了系列非碘氧化还原电对的液体电解质和固态电解质。项目取得良好进展，已发表期刊论文38篇（被SCI收录31篇，EI 14篇），申请并公开了4项中国发明专利。获得了具有自主知识产权的新型柔性电池制备工艺，较好完成了计划任务。研究结果在新材料的合成、光电子器件的制备、界面科学、电化学等领域也具有重要的科学意义。