大面积纳米晶太阳能电池的柔性化及敏化染料压印植入制造工艺

染料敏化纳米晶太阳能电池较之有机太阳能电池的显著效率优势，以及硅系太阳能电池的材料和制造成本优势，被认为是具有巨大应用前景的一种新型太阳能电池。但纳米晶太阳能电池的纳米晶高温烧结孔隙化过程容易产生板裂破损而难以大面积和规模化制造，也无法实现某些特殊用途所需的弯曲柔软。本课题提出以微压印将大面积纳米晶薄膜栅格化、以敏化染料的微压印植入和外能场诱导分子扩散替代纳米晶高温烧结和后续染料浸泡渗透，形成密度梯度分布的多能带异质结微结构，从而释放纳米晶膜内的应力，实现电池板的大面积和柔性，扩展了光谱吸收范围，并维持其高光电转换效率。为此，拟研究异质结(微结构、电荷抑制层、栅格结构)形状对纳米晶膜力学特性、电荷迁移率的影响，探索实现应力有效释放和电池板大曲率柔性的途径；拟研究超声和红外诱导下敏化染料分子在纳米晶浆料中的扩散规律和控制方法，保障敏化染料分子的充分扩散，发展纳米晶电池制造工艺的新途径。

项目针对染料敏化纳米晶太阳能电池惯用材料，为提高光电转换效率，建立了一种大面积化、柔性化低成本制造的新方法。利用纳米压印高制造效率、低制造成本的技术特征，对传统纳米晶材料进行大面积栅格结构化压印成膜，增加了纳米晶活化层吸收光程和活化层/电解液的有效接触面积，相应的成膜工艺减小了活化层薄膜制备时的残余应力；最终，实现了光电转换效率及物理特性稳步提升。采用纳米压印图形化这种纯机械工艺，实现了表面微纳结构精确复制，代替传统的复杂浆料配制及高温烧结工艺环节，避免了纳米晶薄膜材料改性；通过超声等外能场诱导方式进行敏化染料的植入，取代纳米晶活化层长时间浸泡/吸附的关键工艺环节；针对原型器件结构的优化(如：在纳米晶活化层界面生长纳米线结构，增强薄膜粘附性、电子传输速率和光吸收；对电极微纳结构化，提高其比表面、加快反应速度，增强活化层光二次吸收)，减少电荷在活化层中的复合及光能的损失。. 因此，本项目开展了用纳米压印将纳米晶薄膜大面积结构化，在超声和红外诱导下纳米晶活化层对染料分子的吸附，纳米晶活化层的微纳米结构再修饰及配套对电极的微纳结构化进行深入研究，并探索研究出它们对电荷迁移和光电转化效率的影响。