《量子點共敏化氧化鈦空心球染料敏化太陽能電池的研究》是依託湖北大學，由趙麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：量子點共敏化氧化鈦空心球染料敏化太陽能電池的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙麗
- 依託單位：湖北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
具有高光電轉換效率的光陽極材料的製備是染料敏化太陽能電池(DSSC)的前沿和熱點之一。本項目首先採用化學誘導自轉變方法(CIS)製備微米級的氧化鈦空心球，然後以該空心球電極為基底進行無機量子點與有機染料的共敏化，構築新型的量子點共敏化空心球電極，替代傳統納米晶膜電極，研究該DSSC的光電性能。量子點共敏化空心球電極的優點在於：綜合利用空心球大比表面積，高的染料吸附量，以及對光的強散射提高太陽光的捕獲能力；窄帶隙量子點在空心球內外表面及孔洞的可控分布，拓寬其吸光範圍，而且量子點在空心球表面形成勢壘，抑制光激發電子複合；使氧化鈦空心球電極和量子點共敏化體系協同作用，有望顯著提高DSSC的光電轉換效率。我們已採用CIS方法製備出氧化鈦空心球，在DSSC中顯示了對光散射和電子傳輸的優勢，充分證明了該研究工作構想的可行性。項目的實施將為高效光陽極的研究和套用提供依據，進一步提高DSSC的總效率。
結題摘要
該項目以分級結構二氧化鈦為研究對象，分別從提高染料分子吸附、增強光散射、改善電子傳輸等方面，設計合成了TiO2空心球、分等級海綿狀大孔/介孔二氧化鈦、TiO2納米片和空心盒狀TiO2等結構，並通過設計雙層薄膜電極結構研究了電池的光電性能。首先，以TiO2納米棒陣列為底層，TiO2空心球為上層組成的雙層薄膜電極，光電效率得到提高的原因可以歸功於上層空心球薄膜具有大的比表面積，可以有效的吸附染料；下層納米棒陣列促進了電子的傳輸。其次，通過水熱法，成功地製備了分等級海綿狀大孔/介孔TiO2，設計了P25/海綿狀TiO2雙層複合薄膜光陽極，其光電效率提高的原因：海綿狀TiO2不僅具有快速的電子傳輸和電解質擴散性能，而且表現出強烈的光散射和大的比表面積；而P25很好的改善了海綿狀TiO2與FTO接觸性能，增加了接觸面積，避免了海綿狀TiO2與FTO界面之間的空隙的存在，從而減小了電子複合。此外，我們設計了以TiO2納米片為底層，TiO2空心球為上層的雙散射薄膜電極，組裝成DSSCs後。研究發現，上下光散射層高的比表面積和強的光散射有助於提高其光電轉換效率。最後，採用水熱法，並通過煅燒處理後得到的空心盒狀TiO2（HB-TiO2）與P25納米顆粒組合製成TiO2雙層薄膜電極，並將其組裝成染料敏化太陽能電池。結果表明：空心盒狀TiO2顆粒尺寸較大，有利於對光的反射, 從而增加了電池對光的利用率；空心盒狀TiO2具有（001）晶面，其晶面能較大，易解離COOH，增加了敏化劑和半導體TiO2之間的電子耦合，並且有利於電子向TiO2導帶的注入。 為了進一步增強DSSCs光陽極薄膜對光的捕獲效果，提高電池的光電轉換效率，利用無機量子點CdS和Bi2S3，分別與染料N719共敏化納米TiO2晶膜。研究發現，CdS量子點和Bi2S3量子點的加入調節了納米TiO2薄膜電極的禁頻寬度，使其光回響範圍擴展到了可見光區，增加了電池對太陽光的吸收量。此外，CdS量子點（Bi2S3量子點）、TiO2薄膜、FTO導電玻璃的能級呈階梯式變化，有利於電子的轉移和傳輸，而且空穴通過不同的渠道傳輸到電解質溶液，有效避免了電子-空穴複合，從而改善了太陽能電池的光電化學性能。
