分子、原子尺度上无机/有机新型太阳能电池的稳定性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
60976054
项目类别：
面上项目
资助金额：
36.0万
负责人：
王德亮
依托单位：
中国科学技术大学
学科分类：
F0403.半导体光电子器件与集成
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
冯小明；刘伟丰；万磊；吴昆杰；白治中；侯泽荣；陈代高；
关键词：
电池稳定性单分子层染料降解纳米表面等离子体电场增强效应能带调制染料敏化太阳能电池

项目摘要

染料敏化太阳能电池（DSSC电池）是第三代太阳能电池的典型代表，它具有光电转换效率较高和制备工艺简单等特点，具有较好的应用前景。然而，自从获得7%的转换效率以来，18年过去了，仍没有规模化商业应用。根本原因是其稳定性问题。DSSC电池具有极其复杂的光电化学反应和电子/电荷传输过程，很难通过一般实验辨别影响稳定性的因素。针对导致电池稳定性的不可逆过程，采取如下研究方案：1)利用纳米等离子体表面电场增强效应，制备单分子层吸附的超薄DSSC电池, 实现单分子层染料降解的定量研究；2）制备多层薄膜异质结，调制能带结构，促进或阻碍电子反注入引起的与染料和氧化/还原对的复合速率，研究因此导致的染料分子和电池稳定性的改变；3）在超高真空下，利用低能等离子体对TiO2电极表面进行定量改性，改变TiO2表面的离子比，即改变其表面酸/碱反应活性，研究吸附染料和电池的稳定性提高。

结项摘要

本基金课题，主要从原子、分子尺度上对染料敏化太阳能电池（DSSC）的关键科学问题进行了研究。取得的主要成果为：1）制备了高质量TiO2薄膜光电极，薄膜表面的粗糙度在亚纳米，保证吸附的染料是在几何意义上是严格的单分子层；为在分子水平上研究太阳电池的基本科学问题和稳定性提供了器件基础；2）实现了对TiO2薄膜表面态的调控，研究了不同TiO2薄膜化学表面态组成对染料光电稳定性的影响，以及对DSSC太阳电池性能参数的影响；3）制备了超薄的DSSC太阳电池，利用纳米强烈的表面等离子体局域电场效应，获得了信号强度很高的单分子层拉曼散射信号；并通过原位拉曼散射，定量研究了吸附的单分子染料在不同化学态TiO2薄膜表面的降解速率和降解机制；4）通过表面能带设计，研究了TiO2表面能垒层对DSSC太阳电池性能及电池稳定性的影响；5）对ZnO/TiO2超薄异质结区的能带结构进行了深入细致的研究，得到了该异质结的精确能带结构，为DSSC电池电荷传输过程及电池稳定性研究提供了能带结构信息；6）制备了Glass/FTO/TiO2/Al2O3结构的太阳电池，获得了该异质结的能带结构匹配情况，并研究了电池光电极能带/势垒结构的改变对电池性能和稳定性的影响。.本项目的实施，我们共发表了标注有本基金的论文13篇，其中SCI收录论文9篇，EI收录2篇，高影响论文（二区论文）4篇，可以说我们高质量地完成了本基金课题。.在本基金的资助下，共有11名博士和硕士研究生全部或者部分得到资助，完成了或者即将完成博士或硕士论文工作；培养的研究生中，有6人/次获得中国科技大学的研究生光华奖学金、研究生课题资助及优秀研究生毕业生等荣誉称号。