太阳能的充分利用是解决目前人类面临的能源短缺和环境污染等问题的根本途径。实现廉价的太阳能发电,是人类梦寐以求的追求。过去十多年以硅基为代表的太阳能电池技术获得了长足发展,其组件每峰瓦的售价已从2005年的$40元左右下降至$5～6元,但其每度电发电成本远高于传统能源发电成本。近年来,一些基于介观尺度的无机或有机半导体材料及三维互穿网络结构的新型介观太阳能电池（Mesoscopic Solar Cell,MSC）,如染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized Solar Cell,DSSC）备受关注。由于原材料来源丰富,生产工艺简单,不需要高能耗高温高真空制备过程,因此,这类器件适应了光伏行业对廉价太阳能电池的需求,预示着更广阔的应用前景。为此,人们对以MSC为代表的新一代太阳能电池给予了厚望。自1991年M Gr?tzel教授首次报道以来,DSSC收到各国研究者广泛深入研究,迄今为止,获得公证的DSSC最高光电转换效率已达11.9%,显示出良好的竞争优势及应用前景。然而,获得改效率的DSSC所采用的电解质材料为液态,由于该材料含有易挥发的有机溶剂,不仅对电池工作的长期稳定性有非常不利的影响,而且对器件的封装及大规模组装和生产造成了显著的阻碍。为此,电解质材料固态化,以固态电解质材料取代液态电解质材料是DSSC研究的重要研究方向。1998年,***等采用spiro-OMeTAD有机空穴传输材料,首次在nature上报道了全固态DSSC。随后,通过多重优化处理,全固态DSSC效率有所提升但一直在6%以下徘徊。直到2012年全固态DSSC获得突破,***等采用（CHNH）PbI作为敏化剂,获得了9.7%的光电转换效率。与此同时,***等4以CsSnI为空穴传输材料,N719为敏化剂,获得了光电转换效率为10.2%的全固态DSSC。2013年5月,***?tzel教授课题组5通过两步法,基于（CHNH）Pb I3,spiro-OMeTAD电子阻挡层及金对电极,将全固态MSC（基于钙钛矿材料的全固态MSC亦被称为钙钛矿太阳能电池）公证光电转换效率提升至14.1%。紧接着,2013年11月,韩国***教授课题组进一步将公证效率提升至16.2%,2014年4月底,该课题组以17.9%的公证效率改写了钙钛矿太阳能电池的世界纪录,该记录已超过光伏市场上占统治地位的晶硅太阳能电池商业化产品光电转换效率。遗憾的是,获得该效率的全固态MSC对电极均采用金或铂等贵重金属,并基于有机空穴传输材料如spiro-OMeTAD。显然,这种器件不仅价格昂贵,spiro-OMeTAD成本超过金或银的10倍,而且需要在高真空高能耗环境下采用蒸镀或溅射方法制备,从而不可避免的破坏空穴传输材料而导致器件短路,器件重复性差。为此,如何开发出基于廉价对电极及空穴传输材料的MSC是该类器件获得大规模应用的重要课题。在学习和总结国内外DSSC的原理、结构和性能的基础上,本团队获得了低成本单基板全固态MSC关键技术,其特点是在单一导电衬底上通过逐层印刷方式涂覆TiO纳米晶膜、Zr O2绝缘层、碳对电极层,之后（浸渍染料、）填充空穴传输材料。这一关键技术实现了MSC低成本和连续生产工艺的完美结合6。2013年12月,本团队获得了12.84%的公证效率（图1）。通过过去4个月的努力,目前实验室光电转换效率已达到14.7%。可以预见,这种基于全印刷技术及廉价介观对电极的Hole conductor free型单基板全固态MSC适应了光伏市场对低成本光电转换器件的需求,应用前景广阔。
暂无评论