[01213001]新型柔性染料敏化太阳能电池的研制及其关键技术研究

(1)课题来源：郑州市科技计划项目。见郑科计201202号,项目编号：121PPTGG363-10。该项目应用领域是新能源材料,主要研究开发了一种新型柔性染料敏化太阳能电池（DSSC）的制备及组装技术。 （2）技术原理：采用原位电化学法一步合成可控的石墨烯/聚苯胺柔性电极。该电化学方法操作简便,通过一步法在柔性基体上同时进行苯胺的电聚合和石墨烯复合改性;并且通过改变聚合工艺参数可以很好地控制聚苯胺的生长形貌、薄膜厚度和结构。 性能指标： 该项目实际达到性能指标对比预期研究计划已基本完成,具体情况如下： 光电性能：成功获得以石墨烯/聚苯胺柔性电极组装的DSSC太阳能电池,其光电转换效率达到8.6％。 使用稳定性：使用稳定性优异,测试1000h后光电转换效率保持在原有效率的95%以上。 物理性能：该染料敏化电池采用PET塑料薄膜基体,具有良好的柔韧性、透光性,可任意弯折,实现DSSC的柔性化、便携型。 经济指标：该DSSC成本仅为3.5元/峰瓦,是传统硅太阳能电池（15元/峰瓦）的1/5左右。 （3）技术的创造性与先进性： （a）通过一步电化学法在导电PET基体上原位合成大比表面积、良好电学性能的石墨烯/聚苯胺柔性电极。 （b）实现聚苯胺柔性电极的可控生长,通过调节合成工艺参数控制聚苯胺电极的微观形貌及结构特征,提出聚苯胺在柔性导电基体上的可控生长机制。 （4）该技术研究成熟,与国内外同类技术比较,该项研究成果提供了一种绿色、快速和简易的石墨烯/聚苯胺柔性电极制备方法,光电转换效率达到8.6％。该石墨烯/聚苯胺柔性复合电极的导电性能和光电性能远远超过单一聚苯胺电极材料的性能。该新型DSSC具有原料丰富、制造工艺简单、成本低廉、绿色环保无污染的主要优势,生产使用过程安全、可靠。 （5）直接经济效益和社会意义 该项目研发的新型PET基石墨烯/聚苯胺柔性对电极,具有原料丰富、成本低廉、制造工艺简单等优势,可获得优异的催化性能及电池光电性能。该DSSC成本仅为3.5元/峰瓦,是传统硅太阳能电池（15元/峰瓦）的1/5左右,具有巨大的价格优势,为该柔性染料敏化太阳能电池带来了有利的市场价格竞争力,并且获得可观的经济效益。同时该DSSC绿色环保无污染,节省原料成本,部分材料可以得到充分的回收循环使用,对保护环境和节约能源具有重要的社会意义。对该DSSC太阳能电池技术的研究将有利于缓解当今世界的能源危机和环境污染问题,具有非常重要的现实意义。可以预计这一新型DSSC电池性价比的优势在未来工业化和商业化上将很快得到充分的体现,必将在太阳能电池领域占有一席之地。 （6）推广应用的范围、条件和前景 柔性DSSC产品具备柔性、轻便性,可随意卷曲,弯折的优势。制造成各类可折叠的便携式太阳能电池产品,扩展其应用范围。该DSSC采用自主研发的石墨烯修饰聚苯胺对电极,可获得高的电导率和高效的电化学反应速率,有望替代传统的柔性铂电极,成为柔性电极材料中的最佳选择,在柔性染料敏化太阳能电池等光电子器件领域具有广泛应用前景和推广价值,并将带来巨大的经济效益和社会效益。 在全球光伏市场的带动下,随着我国政府陆续出台了太阳能屋顶计划、金太阳工程等诸多补贴扶持政策,中国光伏产品制造企业发展前景无限。该项目成果为新能源产品制造生产注入新的活力,结合地方区域经济发展战略,有望建立起以该技术成果为核心,具有地方特色和优势的新能源企业,推动郑州市、乃至河南省地区太阳能发电行业的快速成长。 （7）存在问题：柔性电极的电导率有待进一步提高,从而提高电池的光电转换效率。实现柔性染料敏化太阳能电池的工业化生产还需要一个复杂的过程,这不仅涉及到柔性电极本身的理论基础研究,而且还必须解决技术应用中涉及的合成工艺问题。因此,柔性染料敏化太阳能电池不管是在实用化生产方面,还是在理论机制方面都有待进一步的深入研究。 （8）成果简介：本项研究成果提供了一种绿色、快速和简易的石墨烯/聚苯胺柔性电极制备方法,成功获得以石墨烯/聚苯胺柔性电极组装的柔性DSSC太阳能电池,阐明了石墨烯与聚苯胺两者形成的共轭结构和协同效应,揭示了聚苯胺柔性电极的可控生长机理,为石墨烯/聚苯胺电极在柔性电子器件的应用推广提供了可靠的科学理论。柔性DSSC产品具备柔性、轻便性,可随意卷曲,弯折的优势。制造成各类可折叠的便携式太阳能电池产品,扩展其应用范围。该DSSC采用自主研发的石墨烯修饰聚苯胺对电极,可获得高的电导率和高效的电化学反应速率,有望替代传统的柔性铂电极,成为柔性电极材料中的最佳选择,在柔性染料敏化太阳能电池等光电子器件领域具有广泛应用前景和推广价值,并将带来巨大的经济效益和社会效益。