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新型太阳电池关键材料与器件
2017-06-13 09:26  

以染料敏化/钙钛矿太阳电池(图1)为代表的新型有机/无机杂化太阳电池具有原材料丰富、能耗低、工艺技术简单等特点,成为具有极大发展和应用前景的一类新型光电转换技术。针对影响染料敏化/钙钛矿太阳电池功率转换效率的几个关键界面电荷转移过程,为了获得高效的染料敏化/钙钛矿太阳电池,本研究方向主要围绕以下三个核心科学问题展开:

                                                  图1、染料敏化/钙钛矿太阳电池结构示意图

(1)提高光活性材料对太阳光子的捕获效率:如我们使用苯并噻二唑-苯甲酸取代传统的氰基丙烯酸电子受体,制备出窄能隙、长激发态寿命的给受体有机染料,在国际上率先制备出AM1.5G条件下功率转换效率达11.5%的有机染料敏化太阳电池(图2)。

                                       

2C258C259的化学结构式及其器件J-V特征曲线与器件参数

(2)提高界面的光生载流子效率:如我们在不影响染料分子能级的前提下,通过改变有机给受体染料分子侧边辅助基团的尺寸,降低了界面电荷复合速率,提高了AM1.5G条件下器件的开压及效率。通过X-射线反射率测量,发现染料分子侧边辅助基团的尺寸变大,减小了半导体纳晶表面有机染料分子的倾斜角,增加了光电功能分子自组装膜的厚度(图3)。

3C241C251分子结构诱导的界面微结构变化及电荷转移动力学示意图

(3)调控光活性层薄膜的微纳结构,抑制纳晶中光生电子与空穴输运材料中空穴的复合:如基于“分子填孔法来构筑低缺陷光电功能分子自组装膜”的普适方法(图4),大幅度衰减了半导体/电解质界面的表观电荷复合速率常数。

4、半导体纳晶表面分子层缺陷填充示意图

 

代表论文:

Energy. Environ. Sci., 2015,8, 3192−3197;EnergyEnviron. Sci., 2013,6, 2944-2949;Adv. Funct. Mater., 2013,23,3539–3547;Energy Environ. Sci.,2013,6, 2939-2943;ChemSusChem.,2015,8, 97−104.

 

 

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