DSSCs陽極散射層用Magneli相TiOx反opals製備及電池高效光電轉換機理

《DSSCs陽極散射層用Magneli相TiOx反opals製備及電池高效光電轉換機理》是依託北京交通大學，由張輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：DSSCs陽極散射層用Magneli相TiOx反opals製備及電池高效光電轉換機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張輝
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

DSSCs陽極材料選擇和微結構設計是提高電池光收集效率、電荷傳輸性能以及電池光伏性能的關鍵。本項目提出使用Magneli相TiOx作陽極材料，並製備用於散射層的TiOx反opals。研究中使用物理化學原理和方法，選擇工藝條件及控制因素，合成出TiO2納米粉，然後通過氣氛和條件選擇，氫還原TiO2並研究還原反應動力學，製備出納米Magneli相TiOx粉；通過共組裝法在陽極TiOx納米膜上一步製備出TiOx複合opals，去除模板後獲得高比表面積、高電荷輸運效率和光收集效率的TiOx反opals光陽極。利用XPS、TEM、光譜術和光電化學等方法研究雙層陽極與材料的微觀結構、孔結構及表/界面性能，材料表面與染料/電解質間相互作用，電性能與光性能（光帶隙），從而揭示電池電子傳輸和光收集效率以及最終光電轉換效率提高的機制。為製備出高效Magneli相TiOx基DSSCs，提供理論和實踐基礎。

結題摘要

光陽極和對電極材料選擇及微結構設計是提高染料敏化太陽能電池(DSSCs)光收集效率、電荷輸運性能以及電池最終效率的關鍵。Magneli相材料(TiOx、WOx、MoOx)具有優異的導電性能和電化學性能，化學性質穩定，帶隙窄，光吸收性能好，即適宜用作DSSCs陽極材料也適宜用作對電極材料。本課題分別使用TiOx和SnO2作陽極材料，WO18O49基和Mo4O11納米材料作對電極製備DSSCs，並分析其性能。主要研究內容如下：(1)不同形貌TiOx基材料製備，使用模板法製備TiOx反opals及其DSSCs；霧化反應法製備多級孔SnO2微球及其DSSCs。(2)不同形貌WOx基材料和高純Mo4O11材料製備及其DSSCs。(3)預開展Al2O3包覆WO18O49納米棒製備及其WO18O49納米棒基全無機鈣鈦礦太陽能電池製備研究。本課題獲得如下重要結果：(1)製備出TiOx反Opals結構、一維TiOx陣列、Ti4O7/Sn5O6複合材料以及高純Mo4O11(98.5%)材料；(2)TiOx反Opals的DSSCs效率為2.5%；Ti4O7/Sn5O6複合材料以及高純Mo4O11材料分別在近紅外波段和可見光波段顯示出強光吸收；(3)製備出高長徑比W18O49和Pt/W18O49納米棒，首次報導WOx三維有序大孔結構製備；W18O49和Pt/W18O49納米棒作對電極的DSSCs效率分別為5.35%和5.68%，Mo4O11對電極的電池效率為0.82%；(4)預開展製備出Al2O3包覆WO18O49納米棒，並初步獲得WO18O49納米棒對電極全無機鈣鈦礦太陽能電池效率1.34%。以上創新性成果均未見報導，為製備出高效、穩定的TiOx基DSSCs提供理論和實驗基礎。