转移压印法制备高效宽光谱吸收叠层染料敏化太阳能电池的相关机理研究

以叠层电池结构拓宽染料敏化太阳能电池（DSSC）的光谱利用范围，突破其效率瓶颈，对于推进廉价DSSC技术产业化进程，解决能源和环境问题，具有十分重要的现实意义。国际上，叠层DSSC的研究近年来逐渐成为研究热点。.本研究基于有效的预研，首次提出以转移压印方式实现叠层DSSC的制备：将纳米半导体膜预吸附近红外染料后，通过转印基底转移压印到承印染料敏化半导体膜上，形成一个具有宽光谱吸收特征、结构完整的叠层多染料敏化光阳极。着重研究叠层染敏光阳极层与层之间与"半导体微纳界面结构"、"吸收光谱分配关系"相关的"光生电荷转移动力学"，对于电池性能的影响机制。研究上述科学问题，对于认识多染料敏化半导体体系光谱协同、光电转换机制，建立"工艺-界面动力学-电池性能"相关数理关系模型，发展具有实用价值的新叠层工艺，以叠层技术拓宽DSSC光谱利用范围、提升效率，具有理论和应用的双重价值。

根据叠层电池的最新研究进展，课题对研究内容进行了适当调整，除按照预期进行压印叠层电池的研究外，还开展了许多pn叠层宽光谱太阳能电池的研究。本项目进展顺利，总体研究目标基本实现。累计共完成SCI论文12篇，EI论文1篇，中文核心期刊1篇，其他论文1篇，授权中国发明专利1项，中文书籍章节1章。参加国际国内会议口头报告2人次，墙报2人次。培养已毕业硕士研究生3名，在读博士研究生2名、硕士研究生1名。针对叠层、宽光谱利用敏化电池的研究目标，本课题在以下几个方面取得了突破：.（1）控制合成新型透明导电p型半导体纳米材料，包括CuCrO2，CuGaO2，CuAlO2，NiMgO等。高透明性提高了电池的光学吸收效率，高电导率有利于提升空穴收集效率，价带位置可调可提升电池电压。这些p型半导体介孔电极采用p型染料或钙钛矿敏化，可以得到高性能p型敏化电池。为与基于TiO2的n型敏化电池构建高效叠层电池提高了材料基础。.（2）在宽光谱多种敏化剂方面，通过D-π-A结构染料设计、引入钙钛矿敏化剂等，有效拓展了可与p型半导体电极相匹配的宽光谱利用敏化剂，光响应范围拓展到800nm的近红外区域，有效提升了p型敏化电池的电流。.（3）若干重要的机理研究，有机硫电解质对p型敏化电池的界面复合有显著帮助，提升了p型敏化电池的性能。首次利用p型半导体材料的铁磁性，在强磁场诱导下可有效提高p型光电极的光电流收集效率。.（4）在柔性电池器件方面，采用冷等静压技术结合激光选择性烧结技术，显著提升柔性TiO2光阳极的电子收集性能，从而提高了柔性染料敏化太阳能电池的光电转换效率。压印技术被论证可拓展到基于多重敏化剂的宽光谱叠层电池。.（5）在叠层电池器件方面，将n型染料敏化电池与p型钙钛矿敏化电池结合制备宽光谱叠层电池，有效提升了敏化电池的电压和电流，得到超过国际同期pn叠层电池的高效pn叠层电池。