基于半导体小分子有机胶凝剂的准固态染料敏化太阳能电池研究

光电转化效率高、稳定性好的准固态染料敏化太阳能电池是目前太阳能电池领域的研究热点。本项目拟开展高电导率有机凝胶电解质的制备及其在染料敏化太阳能电池方面的应用研究。设计合成以齐聚3,4-乙撑二氧噻吩（EDOT）为电活性基团的半导体小分子有机胶凝剂，优化条件制备高电导率的有机凝胶电解质，并与电纺高孔隙率无纺布纳米纤维膜光阳极相结合，进行染料敏化太阳能电池表征。研究不同结构胶凝剂分子的凝胶能力、光电化学性能，探索胶凝剂分子结构与性能之间的关系。重点研究半导体凝胶电解质对于光阳极的填充效果及其电化学性质对于电池光伏性能的影响，探讨电荷传输机理。优化条件制备高效率、高稳定性的准固态染料敏化太阳能电池。本项目致力于解决准固态电解质对光阳极的填充及提高准固态电解质的电导率两方面出发，具有较强的创新性及科学研究意义，同时具有重要的开发应用前景。

光电转化效率高、稳定性好的准固态染料敏化太阳能电池是目前太阳能电池领域的研究热点。本项目从提高准固态电解质的电导率及解决电解质对光阳极的填充两方面出发，开展了高电导率凝胶电解质的设计制备系列工作，结合分等级结构光阳极的制备进行高性能染料敏化太阳能电池的应用研究。设计合成了以齐聚噻吩乙烯为活性基团的半导体小分子有机胶凝剂，优化条件制备了含I-/I3-氧化还原电对的有机凝胶电解质，研究了胶凝剂分子光电性质、凝胶能力、胶凝剂骨架对于电解质光电性能的影响和机理，以其制备的准固态染料敏化太阳能电池获得了超过8%的光电转化效率；利用三维金属-有机骨架固化液体电解质制备了金属-有机凝胶电解质，应用于准固态染料敏化太阳能电池获得了8.6%的光电转化效率；以葡聚糖为胶凝剂制备了高导电性水凝胶多硫电解质，成功应用于准固态量子点敏化太阳能电池。设计制备了系列分等级结构光阳极，包括静电纺丝法制备的具有介孔/大孔复合结构的分等级TiO2多孔纳米纤维、水热/溶剂法制备的中空TiO2亚微米球、大孔复合结构光阳极等，其合适的孔隙结构、良好的电解质扩散、光散射能力及电子收集性能获得了较高的光电性能。重点研究了电解质组成、光电化学性质、对光阳极的填充效果及光阳极结构对于电池光电性能的影响，详细研究了电池内部电荷传输性质与机理。项目研究所取得的成果对于低成本、高稳定性、高效率染料敏化太阳能电池的发展具有重要的意义。