染料敏化太阳能电池（DSSC）具有制造简单、成本低廉、环境友好等优点，传统DSSC的液态电解质一般由碘/三碘化物（I- / I3-）氧化还原电对和有机溶剂组成。目前，以I- / I3-和钴电对的液态电解质的DSSC光电转换效率最高可达到12.4%和14%。为了解决目前液态电解质易泄露的问题，研究者们相继开发了非挥发性液体电解质（如离子液体）、准固态电解质（如聚合物、无机纳米颗粒、超分子或低分子量有机凝胶剂）。迄今为止，SiO2、TiO2、SnO2、GR和MWCNT已被作为制备准固态DSSC的无机纳米颗粒凝胶剂。SiO2纳米颗粒准固态DSSC除了具有与液体电解质DSSC相当的光电转换效率，还展现出良好的长期稳定性。SiO2纳米颗粒通过London-van der-Waals相互作用在液态电解质中缓慢形成3D网络结构（约3.5-24 h）。在整个准固态DSSC制备过程中，液态电解质凝胶化占据了大部分时间。因此，缩短制备准固态电解质的时间，对于进一步提高制备效率具有重要意义。![]()
ACS Appl. Mater. Interfaces, DOI: 10.1021/acsami.0c14551近日，北京印刷学院孙志成教授、中科院过程工程研究所苗青青副研究员和海南大学周阳副教授以SiO2气凝胶及复合材料作为液态电解质的凝胶剂，将凝胶时间减少到3秒左右，实现了准固态电解质的快速制备。通过合成具有高孔隙率和高比表面积的SiO2气凝胶、SiO2@GR（石墨烯）、SiO2@MWCNT（碳纳米管）、SiO2@PANI（聚苯胺）等复合材料，有助于液态电解质的快速凝胶化过程。除此之外，还通过丝网印刷的方式在光阳极表面进行印刷准固态电解质制备得到无孔DSSC。其中以SiO2气凝胶@石墨烯复合材料为凝胶剂的准固态DSSC效率达到了8.25%，所有器件在室内条件下1000 h以后仍然保持初始效率的90%以上。![]()
图1. a）传统DSSC与全印刷DSSC结构示意图，b）全印刷DSSC制备过程![]()
图2。a)-d) SiO2气凝胶 SiO2@GR, SiO2@MWCNT和SiO2@PANI复合气凝胶照片，e) 气凝胶FT-IR谱图，f)-i) 复合气凝胶接触角测试图![]()
图3. a) 气凝胶准固态电解质粘度曲线，b) 气凝胶复合准固态电解质DSC曲线![]()
图4. a) 气凝胶准固态电解质Tafel曲线，b) 气凝胶准固态电解质J-V曲线![]()
图5. 不同无机纳米颗粒凝胶剂准固态DSSC参数对比这项研究成果近期发表在 ACS Appl. Mater. Interfaces 期刊上。北京印刷学院研究生焦守政为论文的第一作者，北京印刷学院孙志成教授、中科院过程工程研究所苗青青副研究员和海南大学周阳副教授为论文的共同通讯作者。
这项研究工作以SiO2气凝胶及复合材料作为DSSC液态电解质凝胶剂，实现了准固态电解质的快速制备，同时具有较高的光电转换效率。同时，丝网印刷准固态电解质也避免了传统DSSC封装过程复杂、容易发生电解质泄露的问题，这对于提高制备过程中的效率、实现产业化应用具有重要的意义。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
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Development of Rapid Curing SiO2 Aerogel Composite-Based Quasi-Solid-State Dye-Sensitized Solar Cells through Screen-Printing Technology
Shouzheng Jiao, Zhicheng Sun*, Jinyue Wen, Yuanyuan Liu, Furong Li, Qingqing Miao*, Weixia Wu, Luhai Li, Yang Zhou*
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.0c14551
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