基于铜电解质全固态染料敏化太阳能电池激发态及稳定性研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21905091
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0908.能源材料化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Dye-sensitized solar cells (DSSCs) with the merits of low-cost, low-toxicity are always regarded as the idea alternative for inorganic crystalline silicon solar cells. However, their power conversion efficiency and long-term stability can not meet the requirement for application to date. Recently, the emergence and development of novel copper-based electrolyte generates a renaissance which is likely to make breakthrough in both efficiency and stability of DSSCs. Nevertheless, the copper based redox mediator can quench the excited dye in a certain extent, which cause relatively low electron injection efficiency, and the efficient organic dyes that work well with copper redox shuttle remains highly scarce. In this proposal, we aim to develop highly efficient and stable solid-state DSSCs by addressing the issues of low electron injection efficiency and uncontrollable conversion from liquid to solid-state devices in copper-mediated DSSCs. The detailed research contents include: (1) Design and synthesis of highly efficient organic dye for copper-mediated DSSCs; (2) Studying and revealing the relationship between dye structures and their excited state properties as well as photovoltaic performances; (3) Optimizing preparation condition of solid-state devices for the enhancement of stability. The success of this project will pave a way for future application of solid-state dye-sensitized solar cells.
染料敏化太阳能电池(DSSCs)具有低成本、低毒性等优点,被国内外一致认为是替代无机晶体硅太阳电池的一个极具性价比方案,然而目前其能量转换效率和长期稳定性还无法满足实际应用的需求。近年来,新型铜基电解质的发展有望同时突破DSSCs效率和稳定性两个方面的瓶颈,但铜电解质容易猝灭染料的激发态,造成电子注入效率低,因此能够与铜电解质协同工作并取得高效率的染料敏化剂非常稀缺。本项目以制备高效率、高稳定性全固态染料敏化太阳能电池为目标,解决目前铜基固态太阳能电池中电子注入效率低、稳定性较差等问题。具体研究内容为:(1)设计合成可应用于铜基电解质的高效率染料敏化剂;(2)研究染料分子结构与其激发态性质和光电表现之间的构效关系;(3)优化电池的制作条件和工艺,制备稳定的全固态DSSCs器件。该项目成功实施将为全固态染料敏化太阳能电池早日走向应用奠定基础。

结项摘要

本项目围绕有机光敏染料在能源转换材料领域的应用,不仅创新发展了一系列长激发态寿命的太阳能电池敏化染料用于铜基染料敏化太阳能电池(DSSCs),实现了超过10.3%的能量转换效率,而且在有机光敏材料的可控和有序组装方面取得创新性成果,首次提出重构共价有机框架(COFs)光催化材料的合成策略,取得了领域内光催化产氢和二氧化碳吸附的效率记录;成功发展了涡流瞬时沉淀的宏量化纳米光催化材料的制备方法,光催化产氢活性提升达70倍,研究成果为有机光敏分子/聚合物在太阳能转换领域的高效利用开辟了新道路。创新研究成果包括:1. 构筑长激发态寿命D-A-π-A型敏化染料用于铜基染料敏化太阳能电池。2. 有机光敏材料动态重构构筑高结晶、高稳定光催化制氢材料。3. 宏量制备形貌尺寸可控有机光敏聚合物纳米催化制氢材料。. 项目自2020年项目执行以来,发表署名项目支持的SCI论文5篇,包括Nature (1篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (2篇)、J. Am. Chem. Soc. (1篇)、Green Chemical Engineering (1篇),1篇入选ESI高被引论文。项目执行期间,张维伟获得上海市“浦江人才”计划支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
All-Visible-Light-Activated Dithienylethenes Induced by Intramolecular Proton Transfer
分子内质子转移诱导的全可见光激活二噻吩乙烯
  • DOI:
    10.1021/jacs.9b07357
  • 发表时间:
    2019-11-20
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Xi, Hancheng;Zhang, Zhipeng;Zhu, Wei-Hong
  • 通讯作者:
    Zhu, Wei-Hong
D-A-π-A organic dyes with fluorenyl-substituted bulky donor for efficient dye-sensitized solar cells
具有芴基取代大体积供体的 D-A-β-A 有机染料用于高效染料敏化太阳能电池
  • DOI:
    10.1016/j.gce.2022.07.005
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    Green Chemical Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Weiwei Zhang;Huiyun Jiang;Miaojie Yu;Jie Wang;Dong Shi;Wei-Hong Zhu;Yongzhen Wu
  • 通讯作者:
    Yongzhen Wu
Engineering Nanoparticulate Organic Photocatalysts via a Scalable Flash Nanoprecipitation Process for Efficient Hydrogen Production
通过可扩展的闪速纳米沉淀工艺设计纳米颗粒有机光催化剂以实现高效制氢
  • DOI:
    10.1002/ange.202104233
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Angewandte Chemie
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Miaojie Yu;Weiwei Zhang;Zhiqian Guo;Yongzhen Wu;Weihong Zhu
  • 通讯作者:
    Weihong Zhu
Phenanthrene‐Fused‐Quinoxaline as a Key Building Block for Highly Efficient and Stable Sensitizers in Copper‐Electrolyte‐Based Dye‐Sensitized Solar Cells
菲—熔融—喹喔啉作为铜—电解质—染料—敏化太阳能电池高效稳定敏化剂的关键构建单元
  • DOI:
    10.1002/ange.202000892
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Angewandte Chemie
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Huiyun Jiang;Yameng Ren;Weiwei Zhang;Yongzhen Wu;Etienne Christophe Socie;Brian Irving Carlsen;Jacques‐E. Moser;He Tian;Shaik Mohammed Zakeeruddin;Wei‐Hong Zhu;Michael Grätzel
  • 通讯作者:
    Michael Grätzel
Reconstructed covalent organic frameworks.
重建共价有机框架
  • DOI:
    10.1038/s41586-022-04443-4
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
    Nature
  • 影响因子:
    64.8
  • 作者:
    Zhang W;Chen L;Dai S;Zhao C;Ma C;Wei L;Zhu M;Chong SY;Yang H;Liu L;Bai Y;Yu M;Xu Y;Zhu XW;Zhu Q;An S;Sprick RS;Little MA;Wu X;Jiang S;Wu Y;Zhang YB;Tian H;Zhu WH;Cooper AI
  • 通讯作者:
    Cooper AI

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源头径流控制设施的运行维护及相关问题探讨
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国给水排水
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王琦;宫永伟;张维伟;李俊奇;张新勃
  • 通讯作者:
    张新勃

其他文献

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重构共价有机框架光催化材料设计合成及全分解水研究
  • 批准号:
    22375062
  • 批准年份:
    2023
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    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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