基于无机有机复合空穴导体的全固态量子点敏化太阳电池的构建及其载流子动力学研究

The project will build up hybrid hole conductors (in brief pQDsOHT) composed of p-type quantum dots (QDs) and conjugated organic molecules for the solid-state quantum dot sensitized solar cells (QDSSCs) based on the novel structure of porous TiO2/n-type QDs/pQDsOHT/Au. The influences of the structure of pQDsOHT, the defect state of the QDs, and the structure of the surface and interface modification layers on the carrier dynamics of the interface charge transfer, transport, and electron recombination process of the QDSSCs will be systematically investigated by the electrochemical impedance spectroscopy and steady state & dynamic photoluminescence spectroscopy. The innovation and uniquenesss of the proposal are: The solid state QDSSCs based on the hybrid hole conductors of pQDsOHT has been proposed for the first time, and the hole transport properties and mechanisms of the pQDsOHT will be investigated and ascertained; The theoretic model of the electron recombination for the solid-state QDSSCs will be created and established on the basis of the experimental comparison of the electron recombination properties of the different interfaces between TiO2/n-type QDs/pQDsOHT. The accomplish of this project will reveal the carrier dynamic mechanisms of charge transfer, transport, and electron recombination process for the solid-state QDSSCs, and establish the correlation between the carrier dynamic parameters and the photovoltaic performance of the QDSSCs. The results will supply experimental and theoretic evidence for the prediction and improvement of the power electric conversion efficiency of the solid-state QDSSCs.

项目以具有近红外吸收特性的p-型量子点（QDs）与共轭有机分子组成复合空穴导体（pQDsOHT），构建以多孔纳米TiO2/n型-QDs/pQDsOHT/Au为基本结构的全固态QDs敏化太阳电池（QDSSCs）；采用电化学阻抗谱、稳态瞬态荧光光谱等光电化学手段全面考察pQDsOHT的组成结构、QD的缺陷态分布、表面界面钝化层结构等因素对QDSSCs界面电荷转移、空穴传输、及电子复合等载流子动力学过程的影响；主要创新点和特色：首次提出基于pQDsOHT复合空穴导体的全固态QDSSCs结构，并探讨pQDsOHT的载流子传输特性及其影响机制；通过对比考察各个界面对电子复合的贡献，创建全固态QDSSCs界面电子复合理论及数学模型。项目的完成将揭示全固态QDSSCs重要载流子过程的动力学原理，建立载流子动力学参数与太阳电池性能的定量关系，为预测并提高全固态QDSSCs光电转换性能提供实验与理论依据。

量子点敏化太阳电池(QDSSCs)是一类基于量子点（QDs）敏化纳米多孔电极和电解质的新型光电化学太阳能电池，具有三维的体结结构，对材料缺陷要求较低，与传统的染料敏化太阳电池（DSSCs ）相比，更具有制备工艺简单、成本低廉的特点，近年来受到各国学者的广泛关注。本项目选择与纳米TiO2能级匹配的禁带宽度在1.5-2.0eV的QDs为光吸收敏化剂，包括CuInS2（CIS） 、Sb2S3、有机无机杂化CH3NH3PbxSn1-xI3等，构建了以纳米TiO2/n型-QDs/HTM/Au为基本结构的全固态量子点敏化太阳电池（QDSSCs）体系，考察了TiO2电极结构形貌、QDs组成结构与缺陷分布、以及碳纳米管复合空穴传输层结构对太阳电池界面电荷转移、空穴传输以及电子复合动力学的影响，建立了全固态QDSSCs界面电子复合理论及数学模型。项目的完成揭示了全固态QDSSCs重要载流子过程的动力学原理，建立了载流子动力学参数与太阳电池性能的定量关系，为预测并提高全固态QDSSCs光电转换性能提供了实验与理论依据。项目共发表论文20篇，其中SCI收录论文18篇，包括期刊论文15篇，会议论文3篇，申请国家发明专利4件，获得授权发明专利1件，申请PCT专利1件。