基于内发射选择性遂穿原理的太阳能电池

【摘要】：本课题应用界面调控思想,通过设计与调控光吸收染料-石墨烯-TiO2三元界面对界面上的光生电子和空穴的传输进行调节,构建出基于全新界面光生电荷分离机制的内发射选择性隧穿太阳能电池。我们选择能级匹配的吖啶橙分子作为光吸收染料,成功地实现界面电荷分离并得到量子光电转化效率高达80%的太阳能电池。光生载流子分离基于内发射选择性隧穿原理,相关的三元界面处的电荷转移动力学过程研究表明染料上光生电子隧穿跨越石墨烯向石墨烯-TiO2肖特基界面传输并被收集的速率远大于无效复合的速率,因此,按照内发射选择性隧穿界面电荷分离原理可以实现光生电子和空穴的高效分离。由于正负载流子收集材料位于染料同侧,三元界面中吖啶橙染料的组装厚度对界面处石墨烯-TiO2肖特基势垒的性能影响较小,这利于通过增加染料厚度来提高内发射选择性隧穿型太阳能电池效率。与传统染敏电池相比,本设计结构简单,且无需液体电解质,有望构建出简单集约的全固太阳能电池。