染料敏化太阳能电池低聚物准固态电解质研究

Quasi-solid state dye sensitized solar cells is well-known for its high mechanical strength and good stability without leakage. It is a hot spot for study. In this project, we will use oligomer to prepare quasi solid state electrolyte to improve the penetration into the mesoporous photoanode. At the same time, we will study the ionic conductivity of the quasi solid state electrolyte by adding plasticizer, cross-linker and inorganic nanoparticles to the oligomer electrolyte. Moreover, by utilizing the new redox couple and the hole transport materials into the quasi solid state electrolyte, the performance of the dye sensitized solar cell with the electrolyte can be improved. We will study the ionic conductivity of the new oligomer quasi solid state electrolyte and its usage in the dye sensitized solar cells. By these effort, the performance of the quasi-solid state dye sensitized solar cells canbe largely improved.

染料敏化太阳能电池准固态电解质相比液体电解质,具有机械性能好,电池稳定性高,能有效防止电解质泄漏,使用寿命延长等优点，已成为电池的研究重点之一。本项目把低聚物应用到准固态电解质中，制备低聚物准固态电解质，利用低聚物分子直径小的特点，提高电解质在多孔膜中的渗透效果。同时，采用添加增塑剂、交联剂和无机盐粒子方法等对电解质进行改性，分析电解质的离子导电机理，提高其电导率。其次，制备新型氧化还原电对低聚物准固态电解质，以及有机空穴传输材料/氧化还原电对复合低聚物电解质体系，探讨新型电解质体系的载流子传输机理。希望通过研究，获得导电性能好的低聚物准固态电解质，阐明电解质的导电机理，进一步提高染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转换效率。

准固态染料敏化太阳能电池的聚合物电解质电导率是影响其光电转换效率的重要因素。本项目采用混合增塑剂改性聚合物电解质，有效降低了电解质的结晶度，提高了离子电导率，短路电流达到15.23mA/cm2，效率能达到6.79%；采用性能互补混合改性剂对聚合物电解质改性，可以同时提升短路电流和开路电压，效率提高10%；还采用核壳结构纳米TiO2微球作为电池的散射层，光电流密度至18.6 mAcm-2，较单层纳米晶、实心球TiO2散射层的电池效率分别提高了29 %和4 %；制备了球块状硫化镍、花瓣状硫化纳、层片状硫化钴作为对电极，获得的光电转化效率与Pt对电极相当，可以降低电池的制备成本。钙钛矿太阳能电池的制备工艺、钙钛矿能级结构、界面电荷复合、空穴传输材料性能等是影响钙钛矿太阳能电池性能的关键因素。本项目提出一种多步缓慢退火法，可以得到几乎100%覆盖率和晶体高度取向的钙钛矿薄膜，是制备高效可重复的平面异质结结构钙钛矿太阳电池的有效方法；采用长链烷基硅烷偶联剂修饰改性钙钛矿表面，形成一层分子层，有效提高了器件稳定性并抑制了电池界面电子复合；采用强氧化剂 F4-TCNQ 作为空穴传输层的 p 型掺杂剂，器件具有比基于 Li-TFSI 掺杂的空穴传输层的同类器件具有更好的稳定性；确定用CuI氧化spiro-MeOTAD后的能级与钙钛矿层的能级更为匹配，有利于电池性能的提高，为寻找spiro-MeOTAD的廉价氧化物提供了一种新思路；钙钛矿铅位的锑Sb元素的掺杂，提高了钙钛矿的导带能级，增加了电池内部的内建电势，电池效率得到提高。低温（180℃以下）制备了SnO2-TiO2复合电子传输材料，它与钙钛矿具有很好的能级匹配，它有助于更好的电荷提取，并且显著减少了电子传输层/钙钛矿界面的电子和空穴的复合。通过在钙钛矿骨架中引入少量锂离子和外来碘离子，在钙钛矿材料中形成了外来的n/p型掺杂，它有助于电池内建电场的提高以及载流子的迅速抽取，对电池性能提高以及器件稳定性有积极作用。