[01343237]基于能量传递的染料敏化太阳能电池的制备和性能

随着社会发展,引发的能源危机日益严重,太阳能作为一种清洁可再生能源受到国内外研究者的关注。染料敏化半导体纳晶薄膜太阳能电池具有制备工艺简单、材料便宜、成本低廉等特点,在高效利用太阳光能方面具有巨大的潜力。目前染料敏化太阳能电池的有机染料的吸收波长区间窄,影响电池的光谱响应与太阳光谱的匹配。因此如何扩展染料敏化太阳能电池的工作光谱到近红外光区,实现全光谱太阳光能吸收是本项目的研究目标。协同敏化可扩展染料敏化太阳能电池的光谱响应范围。但是由于两种染料之间存在竞争吸附,导致共敏化的光电转换效率低于敏化性能较好的有机染料单一敏化的效率。荧光共振能量转移（FRET）机制作为一种有潜力的途径受到研究者的广泛关注。本项目通过纳晶薄膜结构设计,将吸收位置互补的两种有机染料分子构筑在纳晶薄膜不同位置中,两种有机染料通过FRET机制共同作用,扩展纳晶薄膜光响应范围,提高光电性能。 主要工作包括两方面。其一是以曙红染料为有机分子添加剂,采用电化学沉积方法在导电玻璃基底上制备纳晶氧化锌/有机染料复合薄膜。进一步采用电沉积方法在上述薄膜外沉积一薄层氧化锌,形成结构为纳晶氧化锌/有机染料/外氧化锌层的复合结构薄膜。选用与电沉积添加的曙红有机染料光谱响应范围相匹配的有机染料,如罗丹明和等对所制备的复合纳晶薄膜进行敏化,得到结构为内纳晶氧化锌/有机染料I/外氧化锌层/有机染料II的新型染料敏化纳晶薄膜,实现两种染料之间的FRET能量传递性能,揭示了其与复合薄膜微结构之间的关系。通过采用半导体纳晶薄膜微结构的优化设计以及纳晶薄膜的化学修饰、表面掺杂等方法,调控优化动力学过程参数,使其达到最佳匹配。其二是采用刮涂方法制备二氧化钛和氧化锌纳晶薄膜,敏化曙红或者联吡啶钌染料,然后采用电沉积方法进一步沉积一薄层氧化锌,接着敏化方酸染料形成内有曙红或联吡啶钌,外有方酸染料的双染料立体协同敏化复合纳晶薄膜。以新型染料敏化半导体纳晶薄膜为光阳极,组装双染料敏化半导体纳晶薄膜太阳能电池,分析通过有机染料之间的FRET能量传递提高对太阳光的利用对染料敏化太阳能电池的单色光光电流效率和光电转换效率提高的作用和贡献。 本项目的创新点如下。为了提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率,本项目采用吸收位置互补的两种染料的立体协同敏化,基于荧光共振能量转移机制,可以有效地传递光生电子和空穴,从而扩展染料敏化纳晶复合薄膜电极的光谱响应范围,这是本项目的研究目标,也是本项目的创新点。实现这一研究目标的关键是如何制备双染料立体协同敏化复合纳晶薄膜。我们采用一步电沉积半导体/有机染料复合薄膜的方法可以根据需要控制复合薄膜的微结构,从而实现了基于F?rster共振能量传递机制的双染料立体敏化半导体薄膜的制备。为下一步提高染料敏化太阳能电池光电转换效率提供理论依据和实验基础。