石墨烯修饰多孔碳膜及在单基板全固态染料敏化太阳能电池中的应用

染料敏化太阳能电池（DSSC）是当前可再生绿色、环保能源研究的重要方向。怎样在廉价的条件下提高DSSC的稳定性和光电转换效率是关乎该电池实际利用前景的重大课题。固态DSSC以其良好的稳定性和简单的制备工艺而备受关注。然而，传统固态DSSC以真空蒸镀贵金属材料作为对电极，这阻碍了固态DSSC的进一步发展。本项目针对传统固态DSSC对电极材料及制备工艺的缺陷，基于申请者多年研究成果，提出以廉价的石墨烯修饰多孔碳膜做对电极，通过对石墨烯及石墨烯修饰多孔碳膜结构性能的探讨，并与单基板全固态DSSC关键元素纳米晶层、绝缘层、染料及电解质之间的优化和探索，提高单基板全固态DSSC的光电转换效率。同时通过多种分析测试手段，对固态电解质与对电极界面进行全面优化和探索，研究界面电子转移和传输过程，澄清阻碍全固态DSSC光电转换效率提升的关键因素，探寻提高其光电转换效率的新方法。

基于廉价原材料及简单制备工艺的新型太阳能电池已是国际太阳能电池领域研发及产业化的制高点，近年来，特别是在过去的两年中，各国均加大了研发的力度。在项目实施过程中，本团队严格遵循申请书各项任务及研究方法实施，瞄准团队核心攻坚目标，即采用廉价的丝网印刷工艺及介孔碳对电极，实现廉价太阳能电池。其特点是，在单块导电玻璃上通过逐层印刷的方法依次涂覆二氧化钛纳米晶层、氧化锆介孔层及介孔碳层，之后敏化染料，填注固态电解质（或空穴传输材料）。通过以石墨烯修饰多孔碳膜做对电极，研究了其在液态、准固态、固态染料敏化太阳能电池中的作用机制，研究了界面电子和传输过程。特别是借鉴近两年钙钛矿材料在介观太阳能电池中的良好表现，及时将该材料应用于这种基于多层介孔膜结构的器件中，构建了介观钙钛矿太阳能电池，并获得了12.84%的公证效率，相关结构发表在Science上，审稿人认为“这项突破性的研究成果将对未来太阳能电池的发展起推动作用”。通过本项目的资助，研究团队在Science、Advanced Functional Materials、Scientific Reports等杂志上发表论文29篇，申请国家发明专利2项，参与编写专著一章，获得国际奖项2项，项目实施期间6名研究生获得博士学位，3名研究生获得硕士学位。同时，团队成员积极参加过国际国内学术会议及交流，分别做大会报告、特邀报告等，完成了项目申请书中的各项指标。