新型非硫氧化还原电对的设计及其在量子点敏化太阳能电池中的应用

Quantum dot sensitized solar cells (QDSCs) have recently received much more attention due to the superior of the quantum dots as the sensitizers over conventional dyes. At present, the light-to-electricity conversion efficiencies of QDSCs are still lower. Among different solar cell materials, the selection of the electrolyte will strongly influence on the dynamics,photocurrent, photovoltage as well as the cell performance. In this project, aiming at some disadvantages of the current polysulfide electrolyte, we are going to design and prepare the novel redox couples containing Fe2+/Fe3+ complexes to replace the polysulfide electrolyte for QDSCs. Suitable small organic ligands for the complexes will be selected to modify the potential of the redox couple in order to realize good energy level matching and high open-circuit photovoltage for QDSCs. Furthermore,the relationship among the molecular structures of the new redox couples, the redox behavior, diffusion and the cell performance will be revealed.Detailed investigation on the interfacial dynamic processes at the interfaces of photoanode, quantum dot, electrolyte and counter electrode will be carried out.This 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）近年受到越来越多的关注，在此类电池中电解质的动力学特性对光电流、光电压和电池效率都有很大影响。目前最常用的氧化还原电对是多硫电解质，存在着腐蚀性强、化学稳定性差等问题。本申请提出设计、制备含有Fe2+/Fe3+配合物的新型非硫氧化还原电对，通过选择合适的小分子有机配体，调控氧化还原电位，实现氧化还原电对、量子点、光阳极及对电极的能级匹配，获得高开路电压。研究氧化还原电对的分子结构与氧化还原行为、扩散速度及电池光电性能之间的内在联系和规律，揭示光阳极、量子点、电解质、对电极之间的固固、固液界面电荷转移动力学过程，深入理解QDSC 电池载流子传输机理，更好地指导我们有针对性地设计新型非硫氧化还原电对。此项工作对促进高效、稳定QDSC 电池的发展，有重要的理论指导意义。

量子点敏化太阳能电池（QDSC）近年受到越来越多的关注，在此类电池中电解质的动力学特性对光电流、光电压和电池效率都有很大影响。本项目针对CdSeTe、CuInS2 QDSC电池体系及其电解质研究中存在的主要问题，采用热注入方法制备胶体量子点，这种方法所获得的量子点具有带隙可调、量子点尺寸可调、高结晶性、单分散性等优点；进一步通过优化敏化条件，获得高质量的量子点敏化薄膜。从设计、制备准固态电解质入手，通过调控制备条件，获得性能优异的准固态电解质，并研究了电解质--量子点界面光生载流子转移动力学过程及其与电池性能之间的内在联系和规律。针对目前量子点敏化太阳能电池的研究趋势和现状，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6篇高水平论文，授权专利2项，2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。.申请提出设计、制备含有Fe2+/Fe3+配合物的新型非硫氧化还原电对，通过选择合适的小分子有机配体，调控氧化还原电位，实现氧化还原电对、量子点、光阳极及对电极的能级匹配，获得高开路电压。研究氧化-还原电对的分子结构与氧化还原行为、扩散速度及电池光电性能之间的内在联系和规律，揭示光阳极、量子点、电解质、对电极之间的固固、固液界面电荷转移动力学过程，深入理解QDSC 电池载流子传输机理，更好地指导我们有针对性地设计新型非硫氧化还原电对。此项工作对促进高效、稳定QDSC 电池的发展，有重要的理论指导意义。