染料敏化太阳电池中电势及表面态分布研究

染料敏化太阳电池主要原材料丰富、成本低且制作工艺简单等特性，近些年引起了国际上广泛关注。纳米多孔薄膜是影响该电池光电转换效率的重要因素之一，对薄膜进行结构优化及表面改性或电解液体系改善等均会使薄膜内、薄膜/电解液界面的电势及表面态分布发生变化，从而影响到电子传输及复合过程。目前对表面态影响电池性能的机理研究还不完善，相关研究还有待探讨和深入研究。本项目基于电子在多孔薄膜内转移和缺陷多步俘获与脱俘的电子模型，拟开展基于不同微结构多孔薄膜、染料和电解质体系电池中，电势及表面态分布的模拟计算和光谱电化学实验，重点考虑应用于电池中薄膜电极的多孔性，研究电容及表面态分布变化对电子扩散长度、传输时间和电子寿命的影响以及对电池光伏性能的影响机理。该项研究对进一步提高DSC光电转换效率和电池稳定性有着重要的理论指导意义。

薄膜太阳电池研究日趋成为研究热点，电池效率和稳定性是影响染料敏化太阳电池（DSC）性能的关键。在DSC的研究中，纳米多孔薄膜是影响电池光电转换效率的重要因素之一。DSC光伏性能的变化直接受纳米多孔薄膜内电子传输和复合动力学过程的影响，多孔薄膜中表面态和电势分布影响电子扩散和电子收集，从而影响电池的电流密度，同时多孔薄膜内表面态对电子的俘获-脱俘过程会导致传输时间的延长，经由表面态的复合也会导致开路电压的降低。.本项目基于建立载流子转移和缺陷多步俘获与脱俘的电子模型，拟开展基于不同微结构多孔薄膜的DSC中，电势及表面态分布的模拟计算；研究不同条件下DSC中电势及表面态分布对电子传输限制和复合过程的影响；研究电容及表面态分布的变化对电池光伏性能的影响机理；评估不同工作环境下DSC中电势及表面态分布情况与电子输运性能的关联机制，研究加快电子在多孔薄膜内传输，降低复合的途径和改进方法。.课题执行期间，基于适用于DSC薄膜多孔性的载流子转移和缺陷多步俘获与脱俘电子模型，模拟计算陷阱态对电子传输和复合过程的影响；研究了表面态分布的变化对电子传输、复合的影响以及对电池光伏性能的影响机理；从材料和电池结构等方面，评估了DSC中电势及表面态分布情况与电子输运性能的关联机制；成功获得了一种加快电子在多孔薄膜内传输的方法和技术途径，即基于TiO2多孔亚微米球的薄膜电池效率经国家光伏产品质量监督检验中心测试达11.63%，为本项目执行期间取得的一项重要研究成果。.在国内外杂志发表SCI和EI研究论文25篇；参与出版学术专著1部；新申请发明专利3项，已获授权发明专利1项；培养硕士2人，博士3人；中科院院长优秀奖1人，获中国科学院“三好学生”2人，获中国科学院“优秀毕业生”1人，圆满完成了课题任务书的研究内容和研究目标。项目申请人在纳米材料及表面态等电荷传输方面的研究工作得到了国际同行的广泛关注，近几年来多次应邀参加国际会议并做邀请报告。