基本信息
- 項目名稱：
- 分級結構銳鈦礦多孔高晶化度TiO2納米柱的可控合成及其在染料敏化太陽能電池中的應用
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本項目采用前軀體路線和乙二胺處理方法合成了不同長度的TiO2納米柱，并設計制備了“TiO2粒子-TiO2納米柱-TiO2粒子”三明治結構光陽極染料敏化太陽能電池。
- 詳細介紹：
- 本項目采用前軀體路線和乙二胺處理方法合成了不同長度的TiO2納米柱，并設計制備了“TiO2粒子-TiO2納米柱-TiO2粒子”三明治結構光陽極染料敏化太陽能電池，成功地解決了零維粒子的電子傳輸損耗問題和一維材料比表面積小吸附量低的問題。該研究在國內外同行業(yè)領域處于領先地位，該研究成果為制備具有較高光電能量轉換效率的染料敏化太陽能電池提供理論支持。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 為解決能源問題，合理利用太陽能資源，開發(fā)高效染料敏化太陽能電池，從光陽極的研究入手，解決染料吸附和電子傳輸兩大難題。設計合成了具有高晶化度，具有優(yōu)良電子傳輸特性的TiO2納米柱，同時設計了三明治結構光陽極，結合了零維粒子吸附和一維材料電子傳輸?shù)膬?yōu)勢，從而獲得高的光電能量轉換效率。
科學性、先進性及獨特之處
- 該研究具有較高的學術價值，設計合成了具有優(yōu)異電子傳輸能力，高穩(wěn)定性、高晶化度多孔TiO2納米柱；同時，設計獨特的“三明治”結構光陽極并組裝成染料敏化太陽能電池。這種電池結合了零維粒子較強的染料吸附能力和一維材料較快的電子傳輸性能兩大優(yōu)勢。因此這種特殊結構的電池具有較高的光電能量轉換效率。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 隨著工業(yè)的發(fā)展能源問題日益突出，太陽能作為一種清潔高效的的能源越來越被人們所重視。本項目設計的“三明治”結構染料敏化太陽能電池有效地解決了光陽極染料吸附和電子傳輸問題，為實現(xiàn)制備大功率，高效率染料敏化太陽能電池提供了一種思路。
學術論文摘要
- 通過調控反應物的濃度實現(xiàn)對納米柱長度的調控，得到了長、中、短三種長度得納米柱前驅體。對前驅體進行乙二胺包覆處理，處理后的樣品經700度焙燒扔保持銳鈦礦結構，粒子明顯變小且出現(xiàn)堆積孔。將納米柱做為夾心層設計了“粒子-納米柱-粒子”三明治結構電池，光電測試結果表明，其光電轉換效率隨著長度增長和晶化度的增加而增加，最大可達8.19%。
獲獎情況
- 2010年6月1日發(fā)表于英國皇家化學會（RSC）的雜志Physical Chemistry Chemical Physics上。影響因子IF=4.114
鑒定結果
- 高水平SCI論文
參考文獻
- G. Tian, H. Fu, L. Jing, B. Xin, K. Pan, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 3083. W. Zhou, K. Pan, L. Zhang, C. Tian, H. Fu, Phys. Chem. Chem. Phys., 2009, 11, 1713.
同類課題研究水平概述
- 1991年瑞士Gr?tzel教授以多孔納米TiO2為半導體電極，Ru絡合物作敏化染料，并選用I-/I3-氧化還原電解質，成功地制備了一種新型的染料敏化TiO2納米晶薄膜太陽能電池(簡稱DSSC，dye-sensitized solar cells)，并取得了光電轉換效率7.1 %的突破性進展。由于染料敏化太陽能電池具有理論轉換效率高，透明性高，成本廉價和工藝簡單等優(yōu)點，迅速成為科學工作者青睞的對象。2004年和2005年，Gr?tzel教授課題組將電池的光電轉化效率進一步提高到了11.0 %和11.2 %。 近年來，人們一直在尋找提高染料敏化太陽能電池效率的方法和策略，但一直未見突破。究其原因主要是傳統(tǒng)的納米晶材料由于存在晶界問題以及TiO2本身晶形不完整，存在著缺陷，對電子構成了“陷阱”，它們對電子的傳輸形成了嚴重的阻礙。一維材料由于其優(yōu)異的電子傳輸能力而倍受人們關注，但一維材料往往比表面積比較小，吸附能力較差，因而一般效率較低。因此科學家們通過大量的實驗和探索，期望找到一種既有利于染料吸附又具備優(yōu)良電子傳輸性能的光陽極材料，從而獲得較高的光電能量轉換效率的染料敏化太陽能電池。
