本项目围绕着获得具有自主知识产权的光电转换材料体系，设计合成系列三元半导体氧化物和有机染料分子，通过调控和匹配它们的能级，研制高性能的有机染料敏化三元氧化物太阳能电池。首先，设计合成系列纯有机染料分子(Phenylene-Thiophene-Phenylene; PSP)，通过在芳胺中引入苯环、甲氧基以及烷基等给电子基团，形成对光吸收较强的大π共轭单元，提高吸收光能力(300-600nm)。同时，设计合成系列三元半导体氧化物，并通过金属离子掺杂等手段，实现三元氧化物能级的变化。例如，Zn2SnO4中引入Ba2 /Sr2 ，实现能级调控。但是，随着掺杂量的增加，Zn2SnO4的费米能级与电解液中氧化还原电位之差减小，导致开路电压减小。进一步，利用本项目中合成的三元氧化物和有机染料组装电池，开展了光电性能的研究，并探索三元氧化物与有机染料分子之间的能级匹配，从而优化器件的组成。例如，改性有机染料N-PSP为敏化剂，Ba2 /Sr2 掺杂Zn2SnO4为电极薄膜组装器件，最高光电转换效率达到4.9%，比N719染料敏化器件的效率高，说明通过三元氧化物和有机染料分子能级匹配的调控，可以提高三元氧化物基电池的性能。基于三元氧化物的特性，本项目中探索其在钙钛矿型太阳电池中的应用。首次把三元氧化物Zn2Ti3O8作为介孔层，使钙钛矿型电池的光电转换效率达到17.21%。这是由于Zn2Ti3O8具有降低的导带位置和较高的价带位置，既有助于提高电子注入动力又可以减少阳极附近电子的反向复合，也就是电子-空穴分离能力强、电子传输更快和电荷复合弱等特性。尤其是，三元氧化物H2Ti3O7作为介孔层不但使最高效率达到17.61% (70块电池的平均光电转化效率高达16.73%)，还能够基本消除I-V曲线的滞后现象，这一发现可为研制高稳定性的钙钛矿型电池提供实验依据。同时，三元氧化物引入钙钛矿太阳能电池中，丰富了介孔层材料体系，也能为电池材料形成合理的能级阶段创造条件，提高电子传输速度和抑制电荷复合，从而改善器件性能。 2100433B