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基本信息

項(xiàng)目名稱：
分級(jí)結(jié)構(gòu)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(yīng)用
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)目采用前軀體路線和乙二胺處理方法合成了不同長(zhǎng)度的TiO2納米柱，并設(shè)計(jì)制備了“TiO2粒子-TiO2納米柱-TiO2粒子”三明治結(jié)構(gòu)光陽極染料敏化太陽能電池。
詳細(xì)介紹：
本項(xiàng)目采用前軀體路線和乙二胺處理方法合成了不同長(zhǎng)度的TiO2納米柱，并設(shè)計(jì)制備了“TiO2粒子-TiO2納米柱-TiO2粒子”三明治結(jié)構(gòu)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(guó)內(nèi)外同行業(yè)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，該研究成果為制備具有較高光電能量轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)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(shí)設(shè)計(jì)了三明治結(jié)構(gòu)光陽極，結(jié)合了零維粒子吸附和一維材料電子傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，從而獲得高的光電能量轉(zhuǎn)換效率。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

該研究具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值，設(shè)計(jì)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(shí)，設(shè)計(jì)獨(dú)特的“三明治”結(jié)構(gòu)光陽極并組裝成染料敏化太陽能電池。這種電池結(jié)合了零維粒子較強(qiáng)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(shì)。因此這種特殊結(jié)構(gòu)的電池具有較高的光電能量轉(zhuǎn)換效率。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)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(xiàng)目設(shè)計(jì)的“三明治”結(jié)構(gòu)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(shí)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(xué)術(shù)論文摘要

通過調(diào)控反應(yīng)物的濃度實(shí)現(xiàn)對(duì)納米柱長(zhǎng)度的調(diào)控，得到了長(zhǎng)、中、短三種長(zhǎng)度得納米柱前驅(qū)體。對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行乙二胺包覆處理，處理后的樣品經(jīng)700度焙燒扔保持銳鈦礦結(jié)構(gòu)，粒子明顯變小且出現(xiàn)堆積孔。將納米柱做為夾心層設(shè)計(jì)了“粒子-納米柱-粒子”三明治結(jié)構(gòu)電池，光電測(cè)試結(jié)果表明，其光電轉(zhuǎn)換效率隨著長(zhǎng)度增長(zhǎng)和晶化度的增加而增加，最大可達(dá)8.19%。

獲獎(jiǎng)情況

2010年6月1日發(fā)表于英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)（RSC）的雜志Physical Chemistry Chemical Physics上。影響因子IF=4.114

鑒定結(jié)果

高水平SCI論文

參考文獻(xiàn)

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(dǎo)體電極，Ru絡(luò)合物作敏化染料，并選用I-/I3-氧化還原電解質(zhì)，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(jiǎn)稱DSSC，dye-sensitized solar cells)，并取得了光電轉(zhuǎn)換效率7.1 %的突破性進(jìn)展。由于染料敏化太陽能電池具有理論轉(zhuǎn)換效率高，透明性高，成本廉價(jià)和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，迅速成為科學(xué)工作者青睞的對(duì)象。2004年和2005年，Gr?tzel教授課題組將電池的光電轉(zhuǎn)化效率進(jìn)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(duì)電子構(gòu)成了“陷阱”，它們對(duì)電子的傳輸形成了嚴(yán)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(guān)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(xué)家們通過大量的實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)換效率的染料敏化太陽能電池。
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