三维有序结构超薄吸光层太阳能电池及其界面调控研究

研究开发无机半导体敏化的全固态染料敏化太阳能电池是其走向实用化的重要方向，其中固态电解质的填充是效率提高的关键。本项目提出制备三维有序多孔膜超薄吸光层（ETA）固态太阳能电池的新概念，拟从设计ETA电池的框架结构入手，采用具有介孔-大孔（几十纳米到几百纳米）结构的三维有序多孔膜（或称反蛋白石结构）来解决固体太阳能电池中普遍存在的填充和界面接触问题，同时利用三维有序结构在可见光范围内的限光作用，提高电池的吸光效率。在解决填充问题的基础上研究界面修饰对半导体层的能带调控作用，研究ETA电池中载流子传输与界面复合机制，实现高效率的ETA太阳能电池的制备。

发展无机半导体为吸光层的有机无机杂化太阳能电池是新一代低成本太阳能电池研究的重要方向，为获得高效率的具有超薄吸光层的太阳能电池，主要开展了以下几方面的工作：（1）设计并制备了多种三维有序结构光阳极，如TiO2纳米管阵列光阳极和反蛋白石结构光阳极，并将其应用到具有超薄吸光层的半导体敏化太阳电池。（2）开展了宽光谱吸收的吸光层材料设计和合成研究，制备了具有宽光谱吸收的PbS量子点吸光层、具有TypeII结构的CdSeTe/CdS和CuInS/CdS复合吸光层材料，制备的太阳能电池光电转换效率最高达到了8.12%，（3）开展了以有机卤化铅钙钛矿作为吸光层的有机无机杂化太阳能电池研究。发展了新的钙钛矿薄膜制备方法，有效提高了吸光层的质量。发展了新型的石墨烯/P3HT复合空穴传输材料，有效抑制了界面电子复合，提高了电荷收集效率，获得了14.58%的光电转换效率。（4）对不同吸光层材料制备的光电器件电荷传输机理进行了系统研究，为进一步提高器件光电转换效率打下了坚实基础。上述工作共发表了17篇SCI论文，申请发明专利6项，圆满完成了课题的预期目标。