《金屬氧化物有序納米結構陣列在染料電池中的套用》是依託北京大學，由張耿民擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬氧化物有序納米結構陣列在染料電池中的套用
- 項目負責人：張耿民
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
染料敏化太陽電池具有製備簡單、成本低和污染小等顯著優點，有望套用於很多領域。寬禁代半導體材料在其中起到兩個至關重要的作用：染料分子的載體和光激發電子的傳輸通道。.本申請擬從金屬氧化物半導體納米材料入手提高染料電池的光電轉換效率。首先，將製備滿足特定要求的TiO2納米管陣列並用其製成前方照明型染料電池。這些要求包括：高度有序、兩端開口、自支撐、結晶良好和10微米至100微米量級的長度等。其次，在透明導電基底上製備有序且間距小至納米量級的TiO2、ZnO和WOx納米柱陣列，以保證染料分子和施主分子相距足夠近，從而在染料電池中得以實現福斯特能量共振轉移，通過從施主分子至染料分子的無輻射能量傳遞提高染料電池對太陽光譜中的紅光和近紅外波段的吸收利用。
結題摘要
染料敏化太陽電池(DSSC)由工作電極及其上附著的染料分子、電解液和對電極組成。其中的工作電極發揮著至關重要的作用。它既是染料分子的載體，又是光生載流子的傳輸通道。本項目主要研究了通過改進工作電極提高DSSC性能的各種途徑。所取得的主要成果包括以下幾點. 一、用氯化鈦(TiCl4)和異丙醇鈮(Nb(OC3H7)5)處理了二氧化鈦(TiO2)工作電極表面,使得TiO2表面同時覆蓋有TiCl4和Nb2O5，既提高了短路電流，又提高了開路電壓，從而得到了更高的轉換效率。 二、用水熱合成法製備了分級結構TiO2納米棒和分級結構TiO2納米顆粒,並將它們套用在DSSC的散射層中。這些分級結構具有很大的比表面積，增加了染料分子的吸附和入射光的吸收，從而提高了電池的短路電流和轉換效率。 三、 使用鈦絲作為工作電極製備了柔性纖維染料敏化太陽電池(FF-DSSC)，以期為各種柔性器件提供能量。通過陽極氧化法和水熱法，在鈦絲上先後製備了TiO2納米管和TiO2納米棒及其分級結構，並將它們套用在FF-DSSC中。通過採用6根鈦絲組成的多工作電極構型，得到了最高9.1%的光電轉換效率。在此過程中，提出了比現有方法更為合理的柔性電池轉換效率計算方法。 四、使用氧化鋅 (ZnO) 分級納米結構作為工作電極，提高了硫化鎘(CdS)量子點敏化太陽電池(QDSSC)的性能。 五、在製備用作DSSC工作電極的TiO2納米管陣列時，發現TiO2納米管的邊界處可以形成TiO2納米針尖。從這些納米針尖陣列上獲得了場發射，為發展基於納米材料的冷電子源提供了新穎的思路。在本項目支持下共發表SCIE論文17篇，其中1篇影響因子大於10， 另有7篇影響因子大於3。
